一種具有圓柱形靶的微小推力測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間微小推力推力器領(lǐng)域，具體來說，是一種具有圓柱形靶的微小推力測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電推力器被設(shè)計出來，但是很多電推力器的推力都是HlN級的，常規(guī)推力測量的方法難以對這么微小的推力進(jìn)行精確測量。而推力又是推力器的一個非常重要的參數(shù)，如果無法確定推力，推力器的一些重要的性能參數(shù)，例如比沖也將無法確定，這會為推力器的實際應(yīng)用帶來很大麻煩。
[0003]據(jù)現(xiàn)有資料來看，國內(nèi)清華大學(xué)研制過針對微噴管裝置的標(biāo)靶法推力測量裝置，該裝置中靶的安裝方式為懸掛式，測量時把靶視為單擺的質(zhì)點。使用單擺模型的前提是靶的懸掛裝置的長度相對靶面的特征長度來說要足夠大，所以這種測量裝置需要較大的空間，而且懸掛安裝的靶必然存在一個轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸處的滑動摩擦力對測量結(jié)果會有一定的影響。并且這種測量裝置針對的推力器是一種微型的冷氣推力器，噴出的燃?xì)馐堑獨?，溫度較低，而附加場等離子體推力器噴出的是高溫的羽流，工況十分惡劣。另外該系統(tǒng)中用于位移測量的傳感器是電渦流位移傳感器，這種傳感器難以在附加場等離子體推力器羽流的強電磁環(huán)境中正常工作。在國外已經(jīng)有了針對離子推力器的投靶法推力測量裝置，但是國外的投靶法測量裝置在測量靶的位移時用激光反射的方法，這種方法容易受到發(fā)動機發(fā)出的強光的干擾。而且該系統(tǒng)中靶和位移測量裝置是分開的，每次移動靶的位置都需要重新標(biāo)定推力架。所以這些裝置都不適合附加場等離子體推力器的推力測量。
[0004]且在投靶法推力測量裝置中，推力器功率通常比較大，其結(jié)果就是發(fā)動機羽流的熱釋放量非常大，所以彈性梁受到的熱輻射量很大。如果不對其進(jìn)行熱防護(hù)，梁的溫度會升高很快，其結(jié)果就是梁的彈性系數(shù)會發(fā)生明顯改變，測量結(jié)果就會產(chǎn)生很大的誤差。另外位移測量裝置對工作溫度也有要求，超過一定溫度之后就無法正常工作了。所以彈性梁和位移測量裝置都屬于對溫度要求較高的元件，需要對其進(jìn)行熱防護(hù)，以保證其能夠正常工作。
[0005]上述投靶法的原理是利用一個靶面接受發(fā)動機羽流的撞擊，靶和一個彈性元件固定在一起，靶的移動距離和受到的力是線性關(guān)系。測量前利用砝碼對線性元件進(jìn)行標(biāo)定，即可確定靶的位移與受力之間的關(guān)系。實際測量時只需要測量靶在羽流作用下發(fā)生的位移即可根據(jù)標(biāo)定的結(jié)果推算出靶的受力情況。為了是測量結(jié)果更加可靠，彈性元件需要具有較好的線性度，同時靶作為投靶法微小推力測量系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件，需要足夠的剛度和面積，以便接收盡可能多的羽流，同時在被羽流撞擊時不至于發(fā)生明顯變形而影響了測量。普通的靶多是平面型的靶，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。但是羽流撞擊到平面型的靶之后會反彈，對發(fā)動機的羽流場會有影響，可能會使發(fā)動機的性能參數(shù)發(fā)生改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明專門針對附加場等離子體推力器，設(shè)計一種具有圓柱形靶的微小推力測量裝置，且具有熱防護(hù)系統(tǒng)保證其中彈性元件一彈性梁，以及位移傳感器的正常工作；同時，還對傳統(tǒng)平面型靶進(jìn)行改進(jìn)，可減小靶對發(fā)動機羽流場的影響，減小了羽流撞擊了靶之后方向分布的不確定性，使測量結(jié)果更精確。
[0007]一種具有圓柱形靶的微小推力測量裝置，包括靶系統(tǒng)、位移傳感器系統(tǒng)、靶安裝塊與熱防護(hù)系統(tǒng)；其中，靶系統(tǒng)包括靶、彈性梁與垂直角鋁；位移傳感器系統(tǒng)包括位移傳感器、傳感器安裝桿。
[0008]所述靶系統(tǒng)中，垂直角鋁為由橫板與縱板構(gòu)成的截面為L型鋁件；橫板與靶安裝塊的下表面貼合，橫板端面通過靶安裝塊上設(shè)計的定位臺階實現(xiàn)前后方向上的定位；縱板的外側(cè)面上開有豎直定位凹槽；彈性梁與定位凹槽配合設(shè)置在定位凹槽中，實現(xiàn)彈性梁的定位固定；并使彈性梁頂端頂住靶安裝塊底面；彈性梁底端安裝有靶。靶采用圓柱形結(jié)構(gòu)，包括靶體、靶口、靶底；其中，靶體為墊片與環(huán)形透氣片交替層疊設(shè)置的圓柱筒狀結(jié)構(gòu)；每組墊片至少為3個，周向均布，使兩相鄰?fù)笟馄g形成空隙。靶體前端與后端分別安裝有靶口與靶底；靶口為具有錐形截面的筒狀結(jié)構(gòu)，同軸設(shè)置在靶體內(nèi)部前端。靶底采用底面為開口的空心圓錐體結(jié)構(gòu)；勒底同軸設(shè)置在靶體內(nèi)部；
[0009]所述位移傳感器系統(tǒng)中，傳感器安裝桿豎直設(shè)置，頂端與靶安裝塊底面固定。傳感器安裝桿底端通過傳感器安裝板安裝有位移傳感器，使位移傳感器的測量端正對彈性梁中部。
[0010]所述熱防護(hù)系統(tǒng)包括陶瓷管、陶瓷管連接套與傳感器保護(hù)罩；陶瓷管設(shè)計為上部陶瓷管與下部陶瓷管兩段；上部陶瓷管與下部陶瓷管直徑相等，均大于彈性梁直徑；上部陶瓷管、下部陶瓷管與連接套均套在彈性梁上；上部陶瓷管頂端與靶安裝塊固定；上部陶瓷管底端與下部陶瓷管頂端分別配合插入陶瓷管連接套兩端固定；陶瓷管連接套中部開口，形成光路。
[0011]所述傳感器保護(hù)罩為頂面開口的盒體，罩住位移傳感器；傳感器保護(hù)罩頂端固定于傳感器安裝板上；傳感器保護(hù)罩側(cè)面開有測量口，測量口位于位移傳感器測量端對應(yīng)位置；傳感器保護(hù)罩側(cè)面還開有穿線口。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點為:
[0013]1、本發(fā)明推力測量裝置，通過靶安裝塊使得整個測量裝置實現(xiàn)的一體化，這樣調(diào)整測量裝置和發(fā)動機之間的間距就非常方便，甚至可以在測量過程中連續(xù)自動調(diào)整；
[0014]2、本發(fā)明推力測量裝置，在使用時靶安裝塊會和一臺位移機構(gòu)的移動平臺固連，這樣整個測量裝置就可以很方便的移動，同時裝置內(nèi)部各個部件還能保持相對位置不變，這就使得只要在實驗前進(jìn)行一次標(biāo)定就能保證整個實驗過程中測量結(jié)果的可靠性；
[0015]3、本發(fā)明推力測量裝置，考慮附加場等離子體推力器工作時周圍有強磁場，而其噴出的羽流中有很多帶電粒子，所以發(fā)動機周圍會有較強的電磁場，之前提過的電渦流式位移傳感器在這種工況下是難以正常工作的，因此選用激光位置傳感器進(jìn)行測量，可忽略其自身受到的影響；
[0016]4、本發(fā)明推力測量裝置，考慮靶處于羽流中心位置，溫度會比較高，而激光傳感器在高溫下是不能正常工作的，把測量點上移之后傳感器所處位置的溫度比較低，同時也便于對傳感器進(jìn)行其他熱防護(hù)，因此位移傳感器的測試點選擇的是彈性梁而不是靶面；
[0017]5、本發(fā)明推力測量裝置，不干擾彈性梁的運動，在傳感器的測量端、接收端和彈性梁之間的光路通暢，不干擾測量系統(tǒng)的正常工作；
[0018]6、本發(fā)明推力測量裝置，能夠使被保護(hù)的部件的溫度低于指定值，且質(zhì)量??；
[0019]7、本發(fā)明推力測量裝置，通過對靶的改進(jìn)，可以使羽流的軸向速度轉(zhuǎn)化為徑向速度，能夠減小靶對發(fā)動機羽流場的影響，使測量結(jié)果更精確。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明微小推力測量裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明微小推力測量裝置中垂直角鋁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明微小推力測量裝置中靶安裝塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明微小推力測量裝置中靶結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為靶結(jié)構(gòu)中靶口結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6為靶結(jié)構(gòu)中靶底結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7為本發(fā)明微小推力測量裝置中梁安裝塊結(jié)構(gòu)示意圖；
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