本發(fā)明涉及一種微沖量測量裝置，具體涉及一種基于氣浮臺的噴氣微沖量裝置，屬于微推進技術(shù)測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
噴氣式微推進器是空間微推進技術(shù)領(lǐng)域的主要推進方式，有冷氣也有熱氣推進，對于mn級甚至以下級別的推力器，其主要技術(shù)參數(shù)是微沖量輸出大小，微沖量的輸出持續(xù)時間最短可能為幾十毫秒，目前還沒有直接測量這種級別的沖量的傳感器，而傳統(tǒng)的直接測量力來積分的方法并不適用于此類沖量的測量(響應(yīng)時間不夠，測量精度很差)，在目前已經(jīng)檢索到的文獻和專利中，主要有以下幾種測量噴氣微推沖量的測量設(shè)備：公開號為cn104374506a的基于激光多普勒測量器的懸擺式微沖量測試裝置及測試方法，公開號為cn102072790a的基于電磁阻尼式測量的微小沖量測量裝置，這些測量系統(tǒng)存在以下問題：1、測量系統(tǒng)復(fù)雜且造價較高；2、系統(tǒng)中難以排除機械摩擦和阻尼的干擾，精度不夠；3、系統(tǒng)中部分關(guān)鍵參數(shù)標(biāo)定困難(系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量、電磁阻尼系數(shù))。因此需要設(shè)計一種新的低成本、便于實現(xiàn)、精度高的測量裝置。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為解決現(xiàn)有推進器的微沖量測量裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以排除機械摩擦和阻尼的干擾，測量精度較低的問題，進而提供一種基于氣浮臺的噴氣微沖量測量裝置。
本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：基于氣浮臺的噴氣微沖量測量裝置包括框架、氣浮臺基座、扭矩傳感器、高壓氣瓶、氣浮臺底座、氣浮軸承、沖量發(fā)生器和發(fā)生器托架；
所述氣浮臺基座的上表面上布置有氣浮軸承，所述外部框架布置在所述氣浮軸承的上部，所述氣浮臺底座布置在所述外部框架內(nèi)，所述高壓氣瓶布置在所述氣浮臺底座上，所述扭矩傳感器的旋轉(zhuǎn)軸豎向布置，所述扭矩傳感器的旋轉(zhuǎn)軸的上端安裝在外部框架的上部，所述扭矩傳感器的旋轉(zhuǎn)軸的下端與豎向設(shè)置的連接軸的上端連接，所述連接軸的下端與所述氣浮臺底座的中部連接；
所述發(fā)生器托架可拆卸安裝在氣浮臺底座的上表面上，所述發(fā)生器托架能沿垂直于所述連接軸的軸向水平移動，所述發(fā)生器托架上安裝有沖量發(fā)生器，沖量發(fā)生器噴射方向與發(fā)生器托架的移動方向垂直，所述高壓氣瓶經(jīng)管道給沖量發(fā)生器供氣。
本發(fā)明的有益效果是：一、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，整個測量裝置安裝于一個平面氣浮臺基座上，氣浮臺底座與外部框架通過一個靜扭矩傳感器相連，可以測量氣浮臺的旋轉(zhuǎn)扭矩。當(dāng)氣浮臺浮起時，整個機構(gòu)只受扭矩傳感器的約束，因此，噴氣的反推力全部作用于扭矩傳感器的彈性扭桿上，而沒有其他機械摩擦力和阻尼的干擾。能夠有效地避免機構(gòu)摩擦和阻尼帶來的干擾，同時，不需要測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，只需要記錄測量過程中的噴嘴前端壓力和扭矩傳感器扭矩值即可。二、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，測量精度較高，使用本發(fā)明裝置對噴力為40mn的噴嘴輸出10ms的沖量進行測量，測量重復(fù)誤差不高于8％；輸出20ms的沖量進行測量，測量重復(fù)誤差不高于5％。滿足設(shè)計要求和實際需要。
附圖說明
圖1為本發(fā)明噴氣微沖量測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步地說明。
結(jié)合圖1說明，本實施方式的基于氣浮臺的噴氣微沖量測量裝置包括框架1、氣浮臺基座2、扭矩傳感器3、高壓氣瓶5、氣浮臺底座6、氣浮軸承7、沖量發(fā)生器8和發(fā)生器托架9；
所述氣浮臺基座2的上表面上布置有氣浮軸承7，所述外部框架1布置在所述氣浮軸承7的上部，所述氣浮臺底座6布置在所述外部框架1內(nèi)，所述高壓氣瓶5布置在所述氣浮臺底座6上，所述扭矩傳感器3的旋轉(zhuǎn)軸豎向布置，所述扭矩傳感器3的旋轉(zhuǎn)軸的上端安裝在外部框架1的上部，所述扭矩傳感器3的旋轉(zhuǎn)軸的下端與豎向設(shè)置的連接軸的上端連接，所述連接軸的下端與所述氣浮臺底座6的中部連接；
所述發(fā)生器托架9可拆卸安裝在氣浮臺底座6的上表面上，所述發(fā)生器托架9能沿垂直于所述連接軸的軸向水平移動，所述發(fā)生器托架9上安裝有沖量發(fā)生器8，沖量發(fā)生器8噴射方向與發(fā)生器托架9的移動方向垂直，所述高壓氣瓶5經(jīng)管道給沖量發(fā)生器8供氣。
本實施方式的沖量發(fā)生器8噴射方向發(fā)生器托架9的移動方向垂直是指沖量發(fā)生器8噴射的方向為氣浮臺底座6的切線方向或者沖量發(fā)生器8的噴射方向與氣浮臺底座6的半徑方向垂直。扭矩傳感器：優(yōu)先選用威斯特中航產(chǎn)cyb-803扭矩傳感器。
具體工作過程為：當(dāng)氣浮臺基座2調(diào)平后(不平衡力矩不大于2mn·m)，整個氣浮臺底座6及高壓氣瓶5所受到的沖量發(fā)生器帶來的沖量后，由于扭矩傳感器3的彈性，氣浮臺底座6會出現(xiàn)簡諧振動的現(xiàn)象。通過記錄沖量發(fā)生過程中的扭矩傳感器3數(shù)值，可以計算出該沖量大小。其計算公式如下：
式中：i是被測沖量，t1是開始噴氣的時刻，t2是結(jié)束噴氣時刻，t3是氣浮臺底座6震動過程中第一次振幅最大時刻，f是噴嘴反作用力，r是噴嘴法線到氣浮臺底座6旋轉(zhuǎn)中心的距離，m是扭矩傳感器所測得的扭矩值，
由于上式中只有氣浮臺底座振動周期t，扭矩值m，噴嘴與旋轉(zhuǎn)中心距離r，可通過扭矩傳感器和位移傳感器測量，時間點t1，t2即噴嘴噴氣前后壓力變化時刻(可通過壓力傳感器測量壓力的變化值得到)，t3即扭矩傳感器最大值時刻(可通過記錄扭矩值得到)，因此使用此測量裝置，不需要測量氣浮臺底座的轉(zhuǎn)動慣量。且該裝置機械摩擦和阻尼可忽略不計，對測量值無影響。測試過程中需要記錄噴嘴前端壓力以及力矩整個動態(tài)過程，通過壓力動態(tài)過程計算噴力發(fā)生和結(jié)束時刻點；通過氣浮臺底座扭矩動態(tài)過程來計算氣浮臺運動周期，不需要測量扭桿的彈性系數(shù)以及氣浮臺底座的轉(zhuǎn)動慣量。
該裝置的使用步驟為：
1、將沖量發(fā)生器8的噴嘴前穩(wěn)壓氣容器充氣至指定壓力。
2、調(diào)平氣浮臺底座6至平衡狀態(tài)。
3、打開電磁閥開始噴氣，并記錄壓力值和扭矩值，直至氣浮臺底座回轉(zhuǎn)周期兩倍以上。
4、根據(jù)壓力值得到時間點t1，t2。
5、根據(jù)扭矩值得到t3，
6、根據(jù)上式可計算得到?jīng)_量值。
為了保證噴嘴噴射前后測量的扭矩精確可靠以及沖量發(fā)生器適應(yīng)不同工況下的運行，優(yōu)選地，氣浮臺底座6上沿水平方向并列布置有多個固定螺紋孔，發(fā)生器托架9上加工有與固定螺紋孔相配合的貫通螺紋孔，發(fā)生器托架9通過穿設(shè)在貫通螺紋孔和固定螺紋孔上的螺栓可拆卸連接。如此設(shè)置，氣浮臺底座6可以在氣浮臺底座6上水平移動，以保證不同工況下噴射出去的不同壓力的氣壓，以適應(yīng)不同沖量的測量，可以實現(xiàn)近距離測量和遠距離測量。壓力傳感器：優(yōu)先選用smc產(chǎn)的pse540壓力傳感器。沖量發(fā)生器主要由噴嘴、電磁閥和穩(wěn)壓氣容器構(gòu)成，電磁閥安裝在噴嘴上，噴嘴前安裝有穩(wěn)壓氣容器，噴嘴上還安裝有壓力傳感器。壓力傳感器：優(yōu)先選用smc產(chǎn)的pse540壓力傳感器。
為了保證噴嘴噴射前后測量的扭矩精確可靠，優(yōu)選地，所述扭矩傳感器3為動態(tài)扭矩傳感器。扭矩傳感器3為靜態(tài)扭矩傳感器。扭矩傳感器：優(yōu)先選用威斯特中航產(chǎn)cyb-803扭矩傳感器。
為了保證扭矩傳感器3運行穩(wěn)定，測量精確可靠，基于氣浮臺的噴氣微沖量測量裝置還設(shè)置了安裝基座4，所述安裝基座4安裝在所述外部框架1的上部，所述扭矩傳感器3的旋轉(zhuǎn)軸的上端安裝在所述安裝基座4上。這樣扭矩傳感器3在感應(yīng)到?jīng)_量發(fā)生器8的噴力帶來的沖量后，由于扭矩傳感器的彈性，氣浮臺底座6會出現(xiàn)簡諧振動的現(xiàn)象，進而實現(xiàn)對沖量發(fā)生器8的微沖量的測量，簡便易行。
為了保證氣浮臺底座6運行時穩(wěn)定可靠，優(yōu)選地，外部框架1為方形框架。如此設(shè)置，方形框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有利于扭矩傳感器3的穩(wěn)定布置。
本發(fā)明已以較佳實施案例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可以利用上述揭示的結(jié)構(gòu)及技術(shù)內(nèi)容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施案例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施案例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案范圍。