一種具有熱防護系統(tǒng)的微小推力測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間微小推力推力器技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是一種具有熱防護系統(tǒng)的微小推力測量裝置，是微小推力測量系統(tǒng)的一部分。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電推進技術(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]為了能精確測量電推力器的推力，微小推力測量系統(tǒng)被設(shè)計出來了。微小推力測量系統(tǒng)可分為直接測量和間接測量兩種。附加場等離子體推力器有著質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點。除了推力器本身需要供電、供氣之外，還需要一個附加線圈，而附加線圈則需要供電和供水。所以如果采用直接測量的方式，電路、水路、氣路將會對推力器的推力測量帶來很大干擾，而且這種干擾不容易定量分析，也不容易消除。為了避免線路對推力測量的干擾，較理想的方式是采用間接推力測量。把測量對象由復(fù)雜的推力器轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬唵蔚挠鹆?。投靶法微小推力測量系統(tǒng)就是間接測量系統(tǒng)的一種，是一種相對適合附加場等離子體推力器的方式。
[0004]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。
[0005]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。如果不對其進行熱防護，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，需要對其進行熱防護，以保證其能夠正常工作。

【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)計一種用于微小推力測量的測量裝置，且具有熱防護系統(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。
[0007]一種具有熱防護系統(tǒng)的微小推力測量裝置，其特征在于:包括靶系統(tǒng)、位移傳感器系統(tǒng)、靶安裝塊與熱防護系統(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；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。
[0009]所述熱防護系統(tǒng)包括陶瓷管、陶瓷管連接套與傳感器保護罩；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。
[0010]所述傳感器保護罩頂面開口，罩住位移傳感器；底面開有通孔，用于通過陶瓷管連接套，傳感器保護罩頂端固定于傳感器安裝板上；陶瓷管連接套在正對傳感器的測量窗口位置開有測量口 ；傳感器保護罩側(cè)面還開有穿線口。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點為:對于微小推力測量裝置的熱防護系統(tǒng)的需要具有:
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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行測量，可忽略其自身受到的影響；
[0015]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行其他熱防護，因此位移傳感器的測試點選擇的是彈性梁而不是靶面；
[0016]5、本發(fā)明推力測量裝置，靶采用鋁合金骨架剛度好，且質(zhì)量??；采用銅板能耐高溫，且在離子轟擊時濺射量小，進而使測量更靈敏；
[0017]6、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]7、本發(fā)明推力測量裝置，能夠使被保護的部件的溫度低于指定值，且質(zhì)量小。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明微小推力測量裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]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；
[0021]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；
[0022]圖4為本發(fā)明微小推力測量裝置中傳感器安裝桿結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明微小推力測量裝置中傳感器安裝頂板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明微小推力測量裝置的熱防護系統(tǒng)中陶瓷管連接套結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7為本發(fā)明微小推力測量裝置的熱防護系統(tǒng)中定位套結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖8為本發(fā)明微小推力測量裝置的優(yōu)選熱防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]1-靶系統(tǒng) 2-位移傳感器系統(tǒng)3-靶安裝塊
[0028]4-熱防護系統(tǒng)101-靶102-彈性梁
[0029]103-垂直角銷104-定位臺階 105-定位凹槽
[0030]201-位移傳感器 202-傳感器安裝板203-位移傳感器
[0031]204-定位凹槽 205-階梯孔401-陶瓷管
[0032]402-陶瓷管連接套403-傳感器保護罩404-定位套
[0033]405-凸耳406-T 型槽
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0035]本發(fā)明用于微小推力測量的測量裝置，包括靶系統(tǒng)1、位移傳感器系統(tǒng)2與靶安裝塊3，如圖1所示；其中，靶系統(tǒng)I包括靶101、彈性梁102與垂直角鋁103 ;位移傳感器系統(tǒng)2包括位移傳感器201、傳感器安裝桿202與傳感器安裝板203 ;靶安裝塊3是靶系統(tǒng)I和傳感器系統(tǒng)2的安裝基礎(chǔ)，用來實現(xiàn)靶系統(tǒng)I和傳感器系統(tǒng)2兩者與外部位移機構(gòu)的移動平臺間的固定。
[0036]所述靶系統(tǒng)I中，垂直角鋁103為由橫板與縱板構(gòu)成的截面為L型鋁件，如圖2所示，用來實現(xiàn)彈性梁102與靶安裝塊3間的相對固定。垂直角鋁103的橫板與靶安裝塊3的下表面貼合，橫板端面與靶安裝塊3上設(shè)計的定位臺階104側(cè)面貼合，如圖3所示，實現(xiàn)垂直角鋁103在靶安裝塊3上前后方向上的定位。縱板的外側(cè)面上開有豎直定位凹槽204，用來定位彈性梁102 ;彈性梁102與定位凹槽204配合設(shè)置在定位凹槽204中，實現(xiàn)彈性梁102前后方向以及左右方向上的定位，通過螺釘將彈性梁102與縱板間固定；并使彈性梁102頂端頂住靶安裝塊底面，實現(xiàn)彈性梁在豎直方向上的定位，此時，通過螺釘將橫板與靶安裝塊3間固定，實現(xiàn)彈性梁102與靶安裝塊3間的固定，且通過垂直角鋁103與定位臺階104可保證彈性梁102的垂直度。彈性梁102底端安裝有靶101 ;靶101由銅板與鋁合金骨架構(gòu)成的蒙皮骨架式結(jié)構(gòu)；骨架固定于彈性梁102底端；銅板豎直設(shè)置，固定于骨架上。上述彈性梁102通過熱防護裝置進行熱防護，防止發(fā)動機工作時的高溫環(huán)境使得梁溫度升高，引起彈性系數(shù)的變化，甚至因為過熱發(fā)生