[发明专利]一种微推力测量系统及方法

说明书

本申请揭示了一种微推力测量系统及方法，该系统包括点火控制系统以及位于真空环境空间的固定支架、固定支点、柔性细绳、角度标尺、微型固体推进器和高速相机；固定支点固定安装于固定支架上部中心位置处，利用柔性细绳将微型固体推进器悬吊在固定支点上；推力测量的单喷管处于水平方向；微型固体推进器的控制电线经固定支点绕出后与点火控制系统连接；角度标尺竖向设置，且与柔性细绳的摆动平面平行，角度标尺的圆心与固定支点重合；高速相机的拍摄视角与柔性细绳、角度标尺正向相对。本申请利用柔性细绳悬吊微型固体推进器的方式，对微型固体推进器进行推力测量，原理简单、操作容易、可快速有效地实现微推力测量。

技术领域

本发明属于微型动力发动机技术领域，涉及一种微推力测量系统及方法。

背景技术

微型推进器主要包括微型冷气推进器、微型固体推进器、微型电推进器等，产生的推力较小，一般在微牛到十几牛级别之间。其中，微型固体推进器由于具有结构简单、机动性好、推进剂密度大、方便可靠等优点，常用于对机动性和快响应要求高的微型飞行器姿轨控系统。

在实际应用中，为完成快响应机动任务，微型飞行器的姿轨控系统对于微型固体推进器的推力有一定要求。所以必须对微型固体推进器的推力进行测量标定，以满足姿轨控系统需求。常用的微推力测量方法包括机械单摆测量系统、扭摆测量系统、悬臂梁测量系统、推力床测量系统等，这些测量方法普遍存在原理复杂或操作困难的问题。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种微推力测量系统及方法，技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种微推力测量系统，包括固定支架、固定支点、柔性细绳、角度标尺、微型固体推进器、高速相机、真空环境空间和点火控制系统，其中：

所述固定支架、所述固定支点、所述柔性细绳、所述角度标尺、所述微型固体推进器和所述高速相机均位于所述真空环境空间中；

所述固定支架竖直放置，所述固定支点固定安装于所述固定支架上部中心位置处，所述柔性细绳的第一端系于固定支点上，所述柔性细绳的第二端系于所述微型固体推进器上；

所述微型固体推进器自由悬挂在所述柔性细绳上，保持推力测量的单喷管处于水平方向，且与所述固定支架所在竖向平面平行；

所述微型固体推进器的控制电线经所述固定支点绕出，并与所述点火控制系统连接；

所述角度标尺竖向设置，且与所述柔性细绳的摆动平面平行，所述角度标尺的圆心与所述固定支点重合；

所述高速相机的拍摄视角与所述柔性细绳、所述角度标尺正向相对。

第二方面，本申请还提供了一种微推力测量方法，采用如第一方面所述的微推力测量系统，所述微推力测量方法包括：

计算在初始位置时所述柔性细绳的第一动能E_K1以及所述微型固体推进器的第二动能E_K2；

计算在最大偏角α位置时所述柔性细绳相对增加的第一重力势能E_h1以及所述微型固体推进器相对增加的第二重力势能E_h2；

根据能量守恒定律和推力计算公式，得到所述微型固体推进器的微推力。

可选地，所述方法还包括：

利用所述点火控制系统控制所述微型固体推进器工作；

在所述微型固体推进器工作瞬间，利用所述高速相机拍摄所述柔性细绳在所述微型固体推进器带动下所摆动的最大偏角α。

可选地，所述第一动能E_K1为：