扭摆推力架传感单元理论设计及仿真分析

针对微纳卫星上电推进器产生的推力小量值、测试难,测不准问题,开展小推力测量研究。采用杠杆原理和扭矩平衡原理,建立了5~100 mN扭摆型推力架传感单元机理模型,研究了不同推力作用下的偏转性能,得出了偏转位移与推力的线性关系。采用ANSYS仿真软件对传感单元进行仿真分析,得到不同参数条件下的位移云图,将理论数据与仿真结果进行比较分析,最终表明传感单元结构设计合理。     

高精度推力架标定技术应用及进展

微推进器在航天器姿态控制、轨道维持和阻力补偿中具有广泛应用,而应用的前提是对其推力的直接测量。微推进器产生的推力通常为mN级或更低,并且具有较低的推重比,需要使用推力架对其推力性能进行高精度测量和评估。推力架作为测量仪器,在进行推力测量前需要标定。标定过程主要是通过将精确可知的力或冲量作用在推力架上,记录响应情况,得到推力架响应与作用力或冲量之间的对应关系。随着航天技术的发展,一些高精度空间任务对推进器推力范围、分辨率和稳定性等参数的要求不断提高,同时对推力架测量能力以及相应标定技术的稳定性、精确性和可操控性提出了更高的要求。根据标定方法的不同进行分类,综述了近年来高精度推力架标定技术的研究进展。通过介绍和分析重力法、冲击力法、静电力法、电磁力法和气体分子作用力法等标定方法的原理、装置及应用情况,评述和总结了不同标定方法的适用条件和特点,并对高精度推力架标定技术的未来发展趋势进行了展望。     

一种新型的推力标定装置

推力校准在推力测量中占有举足轻重的地位,其校准精度直接影响测量结果。传统的校准方式精度差,效率低,已经无法满足当前的测量要求。本文提出了一种新型的在线推力校准系统,通过汽缸配合伺服电机产生稳定拉力,由压力控制系统、拉力活塞系统以及标准力传感系统形成闭环PID控制系统,实现拉力的精确控制,数据采集系统采集被校力值在上位机完成最终计算。     

基于超导差分加速度测量原理的微推力测量方案

随着微推进技术的快速发展,微推力器推力的测试与标定也日益困难。为实现微推力的精密测量和动态特性测试,通过分析超导重力梯度仪的差分加速度测量原理、仪器的构成和原理电路等,提出了一种基于高温超导差分加速度测量原理和SQUID检测技术微推力测量方案,其推力测量范围为10^-7-10^-2N、测量频带从直流至4Hz。根据检验质量的动力学方程和超导回路磁通量守恒方程,导出了推力与输出差分电流的传递函数,分析了影响测量的主要噪声。方案可应用于微推力的测量,并有进一步提高推力测量精度的潜力。     

扭摆法测量转动惯量的误差分析与校准

对转动惯量高精度测量中常用的扭摆法进行了分析研究.介绍了扭摆法的测量原理,以一种典型测量结构为例,对影响转动惯量测量准确度的误差因素进行研究,对其影响程度作了定性或定量的分析.提出了三项评定转动惯量测量设备测量准确度的指标及其校准的方法.     

空间磁颗粒位姿测量系统与传感器标定研究

为提高空间磁颗粒位姿测量系统精度,提出三轴磁传感器的标定方法和基于麻雀搜索算法（SSA）-LM算法的参数辨识算法（SSA-LM）。在分析三轴磁传感器误差产生机理的基础上建立误差模型,设计误差参数的计算方法。进行误差标定仿真实验,结果表明SSA-LM结合搜索算法求解误差参数具有较高的准确性,校正后的各轴磁场与理想磁场的平均绝对误差降低到1.1×10^–9 nT以下。搭建试验台进行实验研究,结果表明该方法能够准确有效地标定校正三轴磁传感器的误差,并且标定后的磁颗粒位姿测量系统的平均定位误差减小0.52 mm,平均定向误差减小0.82°。     

管路流体对氢氧发动机推力测量的影响分析

为了进一步量化管路流动特性对氢氧火箭发动机推力测量的影响,通过对试验系统低温调试进行推力校准,主要采用常温常压和低温增压两种方式确定校准过程结果,结合误差分析理论计算出管路流体对推力测量引入的误差,同时得出推力测量结果的修正值,并与发动机试验点火前数据进行比对分析,确定两者的一致性.     

用于坐标测量机上测量与评定形位误差的软件包

为强化坐标测量机的功能，本文建立了评定直线、平面、圆、圆柱、圆锥、球等六项基本要素形状误差的、符合国家标准的数学模型，并用ＴＵＲＢＯＣ语言编制了计算程序．它不仅可直接用于评定位置时确定基准的理想要素，而且稍加扩展又可用来评定位置误差．本软件包可ＣＡＤ／ＣＡＭ系统联网，从而也极大地提高了ＣＡＤ／ＣＡＭ系统的效率．     

进气管路对固冲试验推力测量的影响

研究模拟冲压进气条件下,进气管路结构以及温度、压力、速度等进气参数变化对冲压发动机地面直连试验推力测量的影响,基于系统动力学模型在广义胡克定律意义下探讨了系统传输特性.论述了含波纹管进气接管的设计原理、方法,考虑温度、压力载荷及长度等参数变化的不同工况,利用有限元方法对波纹管进行了应力、应变、位移等计算和模态分析.依据结果分析和科研经验,给出了进气管路及进气参数变化对推力测量影响的主要作用规律,多次试验结果验证了分析的正确性.     

大型刚体惯性参数识别的三线扭摆系统实验方法改进研究

精确获取汽车动力总成刚体惯性参数是发动机悬置系统设计的重要前提之一。利用三线扭摆法测量刚体单轴转动惯量精度较高的特点,基于表面固定点确定刚体方位的三点定位方法和测量6个~9个不同方位的多次测量原理,发展了一套适合于大型复杂刚体的惯性参数识别方法。关键技术有:(1)选取刚体表面三个定位点定义一个刚体随动坐标系以描述刚体方位;(2)通过测量刚体定位点至托盘表面参考点(定义一个整体坐标系)的距离,计算出定位点在整体坐标系下的坐标和两个坐标系之间的转换关系;(3)求出各组实验中在动坐标系下的刚体转轴方位和转动惯量;(4)运用最小二乘原理,求解多个转轴的最优交点得到动坐标系下的刚体质心坐标,求解由转动惯量转轴定理导出的线性方程组得到刚体惯性矩阵。实验方法中容易引起误差的环节较多,但是可以根据最小二乘原理进行逐级误差估计和控制。通过误差分析、长方体质量块实验验证和大量的汽车动力总成惯量参数识别实验,证明了该方法的实用性和可靠性。     

汽车动力总成质心与惯性参数测试实验台的开发

介绍了一种基于三线扭摆法测试动力总成质心和惯性参数的测量方法和实验台的开发。该方法和实验台的特点是:(1)采用悬吊法悬吊被测试物体,因而容易保证被测物体的质心落在三线摆的扭摆轴线上;(2)计算质心与惯性参数的方法基于坐标变换,坐标变换中的数据由测量的坐标点计算得到。坐标点由三坐标测量仪测量得到,测试精度高。对一个长方形组合件的质心和惯性参数进行了测试,并和理论值进行了对比,表明了实验台具有测试简单、高效和文中的数据处理方法有效、精度高的特点。给出了一个动力总成质心与惯性参数的测试结果,分析表明基于该测试方法和数据处理方法建立的实验台和数据处理系统,具有较好的测试重复性和测试精度。     

改良的扭摆法在橡胶增韧环氧树脂的动态力学性能测定中的应用

对扭摆法进行改进后,测试了聚丙烯酸丁酯橡胶增韧环氧树脂固化的动态力学行为。研究了橡胶加入量和官能度对动态力学性能的影响,并对影响橡胶玻璃化转变温度移动的因素进行了讨论。     

双单摆式微推力测量系统的研究

为了实现空间微推力器的高精度推力测量,提出了一种电容桥式差分读出的双单摆推力测量方案,其测量频带从10-3Hz～0.016 Hz,可实现分辨率为0.1μN,量程1 mN的微推力测量。与意大利帕多瓦大学设计的双单摆微推力差分测量系统相比,方案具有更强的共模抑制能力,操作简单易行。     

绝对重力仪落体光心与质心空间距离测量

为了准确测量重力仪落体光心与质心距离,减少落体光心与质心不重合引起的旋转对重力加速度测量的影响,设计了落体光心与质心空间距离测量装置。提出了1种光心与质心间距的计算方法,并仿真验证了计算方法的可行性。使用设计的测量装置对落体进行测试,结果表明:激光干涉仪在信号频率为0.3~0.5Hz时的测量精度为0.1nm,提出的计算方法可以使测量系统的A类不确定度优于10μm,最大调校测量误差为1μm。     

Time measurement technique for internal friction studies with a torsion pendulum

A new technique for measuring internal friction by the free decay method using time measurements with a torsion pendulum is described. It has been applied for the automation of measurements with a Kê type pendulum. The method enables rapid and precise measurement of internal friction. Results of the grain boundary peak for aluminum are presented for illustration.     

绝对重力仪中落体光心与质心间距的精确测量

为了减少用光学干涉法测量绝对重力过程中落体旋转对测量结果的影响,设计了基于扭摆法调校落体光心与质心间距的方法。采用标准模态分析落体的本征频率,推导光心与质心沿铅锤线方向偏移的测量方程。并分析了角锥棱镜折射率与气体阻尼分别对测量结果的影响。结果表明:入射角在0～0.1°之间,品质因子Q=1 000时,调校落体使光心与质心重合,旋转导致的重力加速度干扰最佳可控制在1.4μGal。