[发明专利]姿控发动机矢量推力测量装置校准控制系统及方法

说明书

本发明涉及姿控发动机矢量推力测量装置校准控制系统及方法，解决现有矢量力传感器在若不进行现场校准修正，出现传感器测量示值不确定度偏大，重复性差的问题。该控制系统包括控制模块、采集模块单元、存储模块、数据处理模块和加载机构；加载机构包括转接盘、标准力传感器和电动缸；转接盘用于安装连接被校准对象，标准力传感器的一端与转接盘连接，另一端与电动缸连接；控制模块用于实现电动缸伸缩量的控制，电动缸输出校准力给标准力传感器，标准力传感器通过转接盘将校准力传递给六分力传感器；采集模块单元采集的数值传输给存储模块存储，存储模块将存储的数据传输给数据处理模块，数据处理模块包括解耦模块，解耦模块对数据进行解耦运算。

技术领域

本发明涉及航天液体发动机试验领域，具体涉及7500N姿控发动机高空模拟试验前后，姿控发动机矢量推力测量装置校准控制系统及方法。

背景技术

推力的传统测量方法是将发动机直接悬挂于传感器上，由传感器承受发动机的重量，然后进行推力测量，传感器的应变片变形1倍于发动机的推力。7500N姿控发动机是月球探测工程中月球着陆探测器动力系统的主发动机，其推力变化范围为1500N～7500N，用于实现月球着陆探测器近月制动、动力下降等软着陆任务需求。为了满足空间工作获得高比冲性能，发动机的喷管采用大扩张比，但是由于加工精度的限制，会形成发动机的几何尺寸不对称性，并且在高温高压情况下，发动机喉部与喷管的变形以及燃气在喷管内的不对称流动，导致发动机推力作用线偏离发动机中心轴线，从而产生了推力偏心，出现侧向推力和推力矢量绕推进器质心的力矩。侧向力和力矩的产生将导致月球着陆探测器轨道偏移，此时需要通过调整姿控发动机的工作姿态使得探测器轨道准确。如果侧向力及力矩过大，姿控发动机将频繁调姿，从而给月球着陆探测器带来推进剂消耗过多以及降落地点难以精确控制的风险。因此，为准确评估7500N变推发动机的推力矢量性能，需要在发动机高空模拟热试车中准确获得发动机矢量推力，为了满足研制任务需求，承担试验单位建立矢量推力测量装置。

目前使用的矢量力传感器，其系数矩阵为国家计量部门在试验室进行校准得到的，但由于试验现场存在传感器安装方位变化、温度差异、振动、推进剂供应管路安装限制等干扰因素，矢量力传感器出厂系数矩阵在发动测试使用时如不进行现场校准修正，往往出现传感器测量示值不确定度偏大，重复性差的问题。因此，需要对所建立的矢量推力测量装置上的矢量力传感器进行现场校准，对其系数矩阵进行现场修正。

发明内容

本发明的目的是解决现有矢量力传感器如果不进行现场校准修正，会出现传感器测量示值不确定度偏大，重复性差的问题，为此，本发明提供了一种姿控发动机矢量推力测量装置校准控制系统及方法。

本发明的技术方案是：

本发明所提供的姿控发动机矢量推力测量装置校准控制系统，包括控制模块、采集模块单元、存储模块、数据处理模块和加载机构；所述加载机构包括转接盘、标准力传感器和电动缸，所述标准力传感器为单分力传感器；所述转接盘用于安装连接被校准对象，所述被校准对象为六分力传感器，所述标准力传感器的一端与转接盘连接，另一端与电动缸伸缩杆连接；所述采集模块单元包括采集模块和放大模块，用于采集和放大标准力传感器和六分力传感器的测量数值；所述控制模块用于实现电动缸伸缩量的控制，电动缸输出校准力给标准力传感器，标准力传感器通过转接盘将校准力传递给六分力传感器；所述采集模块单元采集的数值传输给存储模块存储，所述存储模块对六分力传感器采集到的数据进行以下形式的存储，将六分力传感器的输出分量列矩阵表示：

其中，为在X方向加力时六分力传感器的电压输出值；

Fx为进行X方向校准时的标准力传感器的加载力值；

其中，为在Y方向加力时六分力传感器的电压输出值；

Fy为进行Y方向校准时的标准力传感器的加载力值；