自由射流試驗發動機推力測量裝置制造方法
【專利摘要】本發明屬于航空、航天【技術領域】，具體涉及一種自由射流試驗發動機推力測量裝置。該裝置包括動架、定架、用于測量的測量發動機軸向力的軸向彈性連桿以及用于測量待測量發動機升力的縱向彈性連桿；通過該裝置可實現發動機整機自由射流試驗時發動機軸向力、升力以及俯仰力矩的測量。
【專利說明】自由射流試驗發動機推力測量裝置

【技術領域】
[0001] 本發明屬于航空、航天【技術領域】，涉及一種用于航天發動機試驗的裝置，具體涉及 一種自由射流試驗發動機推力測量裝置。

【背景技術】
[0002] 目前國內外普遍采用地面自由射流試驗的方法獲得吸氣式動力發動機的總體性 能，其中推力參數是表征發動機性能的重要參數之一。因此吸氣式動力發動機推力測量技 術顯得至關重要。
[0003] 自由射流試驗中，高總溫高馬赫數氣流流經試驗段，其中一部分進入發動機燃燒 室，為了保證風洞順利啟動，試驗件投影面積一般不大于試驗段面積的20%，即阻塞比小于 20%。
[0004] 目前傳統火箭發動機推力架采用測量傳感器與發動機軸線同軸布置，若采用該測 量方式會直接影響發動機進氣，并且阻塞比較大。由于在進行發動機自由射流試驗的過程 中發動機會產生兩個方向的分力以及一個力矩，分別是發動機本體的軸向推力、垂直于軸 向推力的升力以及俯仰力矩，但是上述現有的測量裝置只能測量發動機軸向推力，顯然這 種測量方式不適合發動機自由射流試驗。
[0005] 隨著吸氣式發動機研究的深入開展，需要對整機自由射流試驗并對發動機推力進 行測量，為了適應發動機研制需要，需研制全新的推力測量臺架獲取發動機推力參數。


【發明內容】

[0006] 為了解決【背景技術】中的問題，本發明提出一種滿足自由射流試驗過程中可同時測 量發動機軸向推力、升力以及俯仰力矩的自由射流試驗發動機推力測量裝置。
[0007] 本發明的具體技術方案是：
[0008] -種自由射流試驗發動機推力測量裝置，其特征在于：包括按照待測量發動機升 力方向依次連接的定架、縱向彈性連桿以及動架；
[0009] 所述動架是由垂直架以及水平架組成；所述垂直架的上端面安裝待測量發動機， 下端面與水平架固定連接；所述水平架與定架保持平行；所述縱向彈性連桿有多組且均勻 布置在水平架與定架之間；
[0010] 按照待測量發動機軸向力方向依次設置的軸向彈性連桿以及承力座；
[0011] 所述承力座固定安裝在定架上；所述軸向彈性連桿有一組；所述軸向彈性連桿一 端與垂直架連接，另一端與承力座連接；所述承力座與軸向彈性連桿的連接面與水平架與 軸向彈性連桿的連接面相互平行；
[0012] 所述軸向彈性連桿包括一對彈性鉸鏈以及安裝在兩個彈性鉸鏈之間力傳感器；
[0013] 所述縱向彈性連桿與軸向彈性連桿結構相同。
[0014] 上述測量裝置還包括用于限制動架移動的鎖緊機構；所述鎖緊機構包括分別設置 在垂直架兩側的多個錐頂組件；所述錐頂組件包括驅動裝置、設置在驅動裝置固定端的固 定座以及設置在驅動裝置活動端的錐頂；所述固定座與定架固定連接。
[0015] 上述垂直架上設置有錐孔；所述錐孔的數量和錐頂的數量一致；所述錐孔的位置 與錐頂的位置一一對應。
[0016] 上述定架、垂直架以及水平架均采用鋼架結構，且形狀為矩形。
[0017] 上述驅動裝置采用液壓缸驅動。
[0018] 本發明的優點在于：
[0019] 1、本發明采用軸向彈性連桿以及縱向彈性連桿，實現了自由射流試驗時整機全尺 寸發動機的軸向力、升力以及俯仰力矩的測量，使得試驗效果大大提升。
[0020] 2、本發明的軸向彈性連桿和縱向彈性連桿均采用彈性鉸鏈和力傳感器組合結構， 力的機械分解效果好，有較高的失穩臨界載荷。有效地減小其他分量力和力矩對測量分量 的干擾，將所關心測量分量傳遞到相應方向的力傳感器。
[0021] 3、本發明中在動架兩側設置鎖緊機構，避免了試驗時開機或者停機時沖擊載荷較 大給動架、傳感器以及彈性鉸鏈造成的沖擊損壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明的結構簡圖。
[0023] 附圖標記如下：
[0024] 1-動架、11-垂直架、111-錐孔、12-水平架、2-定架、3-軸向彈性連桿、31-彈性 鉸鏈、32-力傳感器、4-縱向彈性連桿、5-待測量發動機主體、6-鎖緊機構、61-錐頂組件、 611-缸體、612-固定座、613-錐頂、7-承力座。

【具體實施方式】
[0025] 本發明在進行對航天發動機進行自由射流試驗時，由于常規的測量裝置僅僅只能 測量發動機軸向推力，現設計了一種可同時測量發動機軸向推力、升力以及俯仰力矩的測 量裝置。
[0026] 以下通過附圖1，對本發明的裝置進行描述：
[0027] 注：圖中Fx為待測量發動機的軸向力，Fy代表待測量發動機的升力，Mz為待測量 發動機的俯仰力矩。
[0028] 該測量裝置包括按照待測量發動機升力方向依次連接的定架2、縱向彈性連桿4 以及動架1 ;
[0029] 具體是：動架1是由垂直架11以及水平架12組成；垂直架11的上端面安裝待測 量發動機5,下端面與水平架12固定連接；水平架11與定架2保持平行；縱向彈性連桿4 有4組且均勻布置在水平架12與定架2之間；
[0030] 按照待測量發動機軸向力方向依次設置的軸向彈性連桿3以及承力座7 ;
[0031] 具體是：承力座7固定安裝在定架2上；軸向彈性連桿3有一組；該軸向彈性連桿 3 -端與水平架12連接，另一端與承力座7連接；承力座7與軸向彈性連桿3的連接面與 水平架12與軸向彈性連桿3的連接面相互平行；
[0032] 軸向彈性連桿3包括一對彈性鉸鏈31以及安裝在兩個彈性鉸鏈之間力傳感器 32 ；
[0033] 縱向彈性連桿4與軸向彈性連桿3結構相同，每一組縱向彈性連桿也包括一對彈 性鉸鏈31以及安裝在兩個彈性鉸鏈31之間的力傳感器32。
[0034] 特別的還有：該裝置中定架2、垂直架11、水平架12均為矩形并且全部采用鋼框架 結構，以型鋼構建骨架，在保證剛度的前提下減小質量，達到剛度和質量的良好匹配；
[0035] 特別之處還在于：由于試驗時風洞的啟動和停車時沖擊載荷較大，通常是穩定狀 態的數倍。因此為了保證動架1、彈性鉸鏈31、力傳感器32在沖擊載荷下不被破壞，該測量 裝置還包括用于限制動架移動的鎖緊機構6 ;
[0036] 該鎖緊機構6包括分別設置在垂直架11兩側的多個錐頂組件61 ;錐頂組件61包 括驅動裝置611、設置在驅動裝置611固定端的固定座612以及設置在驅動裝置611活動端 的錐頂613 ;固定座612與定架2固定連接。
[0037] 進一步的來說，為了確保鎖緊機構的鎖緊更加可靠、安全，本發明還在垂直架11 上設置有錐孔111 ;錐孔111的數量和錐頂613的數量一致；錐孔111的位置與錐頂613的 位置--對應。
[0038] 由于鎖緊機構在工作時承受的載荷很大，因此，驅動裝置采用液壓的方式驅動錐 頂工作，并且可以承受軸向載荷和徑向剪切載荷（實際上該驅動裝置還可以采用氣缸的方 式或者機械轉動的方式）。
[0039] 根據上述對裝置結構的描述，現對該裝置的實際應用進行描述：
[0040] 自由射流試驗時，發動機產生軸向推力、升力以及俯仰力矩三個分量；通過動架將 發動機綜合受力傳遞給軸向彈性連桿和縱向推力連桿，通過對推力測量裝置靜態標定可以 得到軸向推力、升力以及俯仰力矩用上述5個測量傳感器輸出值表示的關系式，根據力傳 感器數值計算當前發動機的軸向推力、升力以及俯仰力矩的大小。
[0041] 試驗時，風洞啟動或停止時產生瞬時力很大，可能會對測量裝置造成損壞，因此當 風洞啟動或停止之前，需要用油壓頂出的錐頂組件上的錐頂，使其插入動架垂直架上的錐 孔，使動架和定架連接鎖死，形成剛性連接，承受啟動/停車時不穩定的沖擊載荷。待流場 穩定后，鎖緊機構可進行解鎖將錐頂退出錐孔即可。
【權利要求】
1. 一種自由射流試驗發動機推力測量裝置，其特征在于：包括按照待測量發動機升力 方向依次連接的定架、縱向彈性連桿以及動架； 所述動架是由垂直架以及水平架組成；所述垂直架的上端面安裝待測量發動機，下端 面與水平架固定連接；所述水平架與定架保持平行；所述縱向彈性連桿有多組且均勻布置 在水平架與定架之間； 按照待測量發動機軸向力方向依次設置的軸向彈性連桿以及承力座； 所述承力座固定安裝在定架上；所述軸向彈性連桿有一組；所述軸向彈性連桿一端與 垂直架連接，另一端與承力座連接；所述承力座與軸向彈性連桿的連接面與水平架與軸向 彈性連桿的連接面相互平行； 所述軸向彈性連桿包括一對彈性鉸鏈以及安裝在兩個彈性鉸鏈之間力傳感器； 所述縱向彈性連桿與軸向彈性連桿結構相同。
2. 根據權利要求1所述的自由射流試驗發動機推力測量裝置，其特征在于：所述測量 裝置還包括用于限制動架移動的鎖緊機構；所述鎖緊機構包括分別設置在垂直架兩側的多 個錐頂組件；所述錐頂組件包括驅動裝置、設置在驅動裝置固定端的固定座以及設置在驅 動裝置活動端的錐頂；所述固定座與定架固定連接。
3. 根據權利要求2所述的自由射流試驗發動機推力測量裝置，其特征在于：所述垂直 架上設置有錐孔；所述錐孔的數量和錐頂的數量一致；所述錐孔的位置與錐頂的位置一一 對應。
4. 根據權利要求1或2或3所述的自由射流試驗發動機推力測量裝置，其特征在于： 所述定架、垂直架以及水平架均采用鋼架結構，且形狀為矩形。
5. 根據權利要求4所述的自由射流試驗發動機推力測量裝置，其特征在于：所述驅動 裝置采用液壓缸驅動。
【文檔編號】G01M15/00GK104155042SQ201410366338
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】朱舒揚, 史超, 李雙軍, 趙紅軒, 王志武 申請人:西安航天動力試驗技術研究所