【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及航天微推力器的微小推力測(cè)量，尤其涉及一種微推力測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方法。
技術(shù)介紹
1、航天微推力器用于航天器高精度姿態(tài)和軌道控制，其推力往往較小，屬于弱力測(cè)量范疇。因此，為了能夠準(zhǔn)確地獲得航天推力器的推進(jìn)性能，需要對(duì)其產(chǎn)生的微小推力進(jìn)行精確的測(cè)量。在航天微推進(jìn)領(lǐng)域，微小推力測(cè)量技術(shù)具有舉足輕重的作用，其不僅可以真實(shí)、直觀地反映控制參數(shù)、工作過(guò)程參數(shù)變化對(duì)推力器推進(jìn)性能的影響規(guī)律，而且可以為推力器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供必要的支撐。
2、然而，若要實(shí)現(xiàn)航天推力器的微推力高精度測(cè)量往往存在推重比極小、強(qiáng)噪聲干擾、真空測(cè)試等眾多困難?；诖?，亟待提出一種能夠有效抑制噪聲以實(shí)現(xiàn)高精度微推力測(cè)量的設(shè)備及方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種微推力測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方法，應(yīng)用雙系統(tǒng)差模抑制方法、超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)、渦流阻尼器等可以將外部噪聲與微推力有效信息進(jìn)行分離解耦，從而降低外部噪聲對(duì)微推力測(cè)量結(jié)果的不利影響；另外，用于承載推力器的承載板為輕質(zhì)擺臂，由柔性彈片吊裝，使得微推力測(cè)量設(shè)備具有較高的固定頻率，不僅可以實(shí)現(xiàn)寬頻帶測(cè)量，而且還兼具較高的承載能力。
2、第一方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種微推力測(cè)量設(shè)備，包括：
3、超導(dǎo)磁懸浮隔振平臺(tái)，
4、以及微推力測(cè)量裝置，所述微推力測(cè)量裝置由所述超導(dǎo)磁懸浮隔振平臺(tái)承載，所述超導(dǎo)磁懸浮隔振平臺(tái)用于隔離環(huán)境噪聲；所述微推力測(cè)量裝置具有結(jié)構(gòu)以及動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)一致的參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元，以分別輸
5、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元對(duì)稱(chēng)設(shè)置，均由柔性彈片吊裝；所述柔性彈片可拆卸，確定柔性彈片的厚度與微推力測(cè)量裝置的剛度系數(shù)、承載能力的關(guān)系；根據(jù)微推力測(cè)量裝置所需要的剛度系數(shù)、承載能力更換不同厚度的柔性彈片，以形成具有多檔位的微推力測(cè)量裝置。
6、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述柔性彈片的厚度較其吊裝的構(gòu)件厚度小，吊裝柔性彈片的構(gòu)件的厚度較柔性彈片的厚度大。
7、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述柔性彈片采用硬度大于或等于36hrc、彈性模量大于或等于133gpa，屈服極限大于或等于1037mpa、疲勞極限大于或等于750mpa、抗拉強(qiáng)度大于或等于1106gpa、耐腐蝕性系數(shù)小于0.005mm/a的材料制成。
8、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述柔性彈片由鈹青銅、碳彈簧鋼、鉻鉬彈簧鋼、硅錳彈簧鋼、硫化彈簧鋼、鉬彈簧鋼或鎳合金彈簧鋼制成。
9、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述微推力測(cè)量裝置還包括激光干涉儀和差分式系統(tǒng)響應(yīng)采集器；其中，所述差分式系統(tǒng)響應(yīng)采集器用于獲取分別由參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元輸出的參考信號(hào)和實(shí)測(cè)信號(hào)，并基于參考信號(hào)和實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)一步獲得第一差分信號(hào)；所述第一差分信號(hào)用于標(biāo)定所述激光干涉儀；所述激光干涉儀用于獲得參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元的第二差分信號(hào)，基于所述第二差分信號(hào)進(jìn)一步獲得所述微推力測(cè)量設(shè)備的測(cè)量值。
10、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，兩個(gè)所述柔性彈片吊裝于所述微推力測(cè)量裝置所包括的調(diào)平平臺(tái)的隔板，所述隔板的膨脹率小于或等于10-7k-1。
11、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述阻尼器為雙渦流阻尼器；每一所述雙渦流阻尼器均包括導(dǎo)軌、承載于導(dǎo)軌的磁軛對(duì)、設(shè)置在所述磁軛對(duì)相對(duì)端面上的永磁鐵對(duì)、以及吊裝于所述參考信號(hào)輸出單元或?qū)崪y(cè)信號(hào)輸出單元下端的阻尼片，所述阻尼片的片尾位于永磁鐵對(duì)之間的氣隙內(nèi)。
12、第二方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種測(cè)量方法，執(zhí)行所述測(cè)量方法前，對(duì)權(quán)利要求9所述的微推力測(cè)量設(shè)備所包括的參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元進(jìn)行動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)識(shí)別，即首先利用電子天平對(duì)永磁鐵與線圈之間的最優(yōu)相對(duì)位置關(guān)系以及線圈所通電流與電磁力之間的驅(qū)動(dòng)控制方程進(jìn)行標(biāo)定；然后根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制方程，對(duì)參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元施加已知標(biāo)定力，并根據(jù)測(cè)得的系統(tǒng)響應(yīng)反演獲得動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)，完成參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元的動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)的識(shí)別；利用調(diào)平平臺(tái)對(duì)微推力測(cè)量設(shè)備進(jìn)行調(diào)平；調(diào)整參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元，使兩者具有一致的動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)，即具有相同的剛度系數(shù)、慣性系數(shù)和阻尼系數(shù)；所述測(cè)量方法包括如下步驟：
13、控制超導(dǎo)磁懸浮隔振平臺(tái)，以使微推力測(cè)量裝置所在的懸浮工作臺(tái)處于穩(wěn)定懸浮態(tài)；
14、啟動(dòng)實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元，以使吊裝實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元的柔性彈片彎曲；
15、利用激光干涉儀獲取參考信號(hào)輸出單元與實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元之間的差分信號(hào)，所述差分信號(hào)為系統(tǒng)響應(yīng)；
16、基于系統(tǒng)響應(yīng)、剛度系數(shù)、實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元所包括的推力器噴口中軸線到柔性彈片中心線的距離以及激光干涉儀中軸線到柔性彈片中心線的距離計(jì)算獲得微推力。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有如下效果：
18、1.?本專(zhuān)利技術(shù)提供的微推力測(cè)量設(shè)備，采用超導(dǎo)磁懸浮隔振平臺(tái)初步削弱外部噪聲，通過(guò)在參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元中配置阻尼器來(lái)進(jìn)一步衰減外部噪聲，然后再將實(shí)測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)做差分處理減掉外部噪聲。通過(guò)超導(dǎo)磁懸浮隔振平臺(tái)、阻尼器及信號(hào)差分處理三方面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)有效抑制外部噪聲的影響，提高微推力測(cè)量的精度。
19、2.?本專(zhuān)利技術(shù)提供的微推力測(cè)量設(shè)備，采用厚度可調(diào)、可更換的柔性彈片，能夠改變微推力測(cè)量裝置的剛度系數(shù)和承載能力，形成多檔位的微推力測(cè)量裝置，從而滿足具有不同量級(jí)推力的測(cè)量需求，拓展了應(yīng)用范圍。
20、3.?本專(zhuān)利技術(shù)提供的微推力測(cè)量設(shè)備，采用結(jié)構(gòu)以及動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)一致的參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元，使兩個(gè)單元受外部噪聲的影響一致，以參考信號(hào)輸出單元為參考，由實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元測(cè)量微推力，再將獲得的實(shí)測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)做差分處理，以此將有效推力與環(huán)境噪聲進(jìn)行分離解耦，從而獲得微推力所對(duì)應(yīng)有效信號(hào)。
21、4.?本專(zhuān)利技術(shù)提供的微推力測(cè)量設(shè)備，調(diào)平平臺(tái)的隔板采用熱膨脹率低且整體均勻性較好的材料制成，使微推力測(cè)量裝置不會(huì)因溫度影響而產(chǎn)生誤差，有助于提高微推力測(cè)量裝置的穩(wěn)定性和測(cè)量精度。
22、5.?本專(zhuān)利技術(shù)提供的微推力測(cè)量設(shè)備，參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元均配置有雙渦流阻尼器，通過(guò)調(diào)節(jié)承載雙渦流阻尼器的電動(dòng)位移臺(tái)以及雙渦流阻尼器所具有的燕尾槽導(dǎo)軌，可以改變永磁鐵對(duì)與阻尼片之間的位置關(guān)系，從而為微推力測(cè)量裝置提供不同的阻尼比，使微推力測(cè)量設(shè)備具有可調(diào)的阻尼屬性，這不僅可以適應(yīng)不同帶寬環(huán)境噪聲的抑制，提高測(cè)量精度，而且還可以根據(jù)被測(cè)推力器的量程和重量，調(diào)節(jié)合適的系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)量，有效縮短系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程，提高測(cè)量效率。
23、6.?本專(zhuān)利技術(shù)提供的微推力測(cè)量設(shè)備，參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元均配置有電磁力源，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元對(duì)稱(chēng)設(shè)置，均由柔性彈片吊裝；所述柔性彈片可拆卸，確定柔性彈片的厚度與微推力測(cè)量裝置的剛度系數(shù)、承載能力的關(guān)系；根據(jù)微推力測(cè)量裝置所需要的剛度系數(shù)、承載能力更換不同厚度的柔性彈片，以形成具有多檔位的微推力測(cè)量裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述柔性彈片的厚度較其吊裝的構(gòu)件厚度小，吊裝柔性彈片的構(gòu)件的厚度較柔性彈片的厚度大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述柔性彈片采用硬度大于或等于36HRC、彈性模量大于或等于133GPa，屈服極限大于或等于1037MPa、疲勞極限大于或等于750MPa、抗拉強(qiáng)度大于或等于1106GPa、耐腐蝕性系數(shù)小于0.005mm/a的材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述柔性彈片由鈹青銅、碳彈簧鋼、鉻鉬彈簧鋼、硅錳彈簧鋼、硫化彈簧鋼、鉬彈簧鋼或鎳合金彈簧鋼制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，兩個(gè)所述柔性彈片吊裝于所述微推力測(cè)量裝置所包括的調(diào)平平臺(tái)的隔板，所述隔板的膨脹率小于或等于10-7K-1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述阻尼器為雙渦流阻尼器；每一所述雙渦流阻尼器均包括導(dǎo)軌、承載于導(dǎo)軌的磁軛對(duì)、設(shè)置在所述磁軛對(duì)相對(duì)端面上的永磁鐵對(duì)、以及吊裝于所述參考信號(hào)輸出單元或?qū)崪y(cè)信號(hào)輸出單元下端的阻尼片，所述阻尼片的片尾位于永磁鐵對(duì)之間的氣隙內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元均對(duì)應(yīng)配置一個(gè)電磁力源，分別用于識(shí)別參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元的所述動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)；每一所述電磁力源均包括永磁鐵，所述永磁鐵安裝在參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元靠近下端但處于阻尼片之上的位置；電磁力源還包括直流線圈，安裝于參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元外部的移動(dòng)平臺(tái)上；直流線圈與永磁鐵同軸設(shè)置，所述永磁鐵具有固定的第一中心點(diǎn)，所述直流線圈具有能夠移動(dòng)的第二中心點(diǎn)，所述第二中心點(diǎn)相對(duì)于第一中心點(diǎn)的位置能夠通過(guò)所述移動(dòng)平臺(tái)精確調(diào)整。
10.一種測(cè)量方法，其特征在于，執(zhí)行所述測(cè)量方法前，對(duì)權(quán)利要求9所述的微推力測(cè)量設(shè)備所包括的參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元進(jìn)行動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)識(shí)別，即首先利用電子天平對(duì)永磁鐵與線圈之間的最優(yōu)相對(duì)位置關(guān)系以及線圈所通電流與電磁力之間的驅(qū)動(dòng)控制方程進(jìn)行標(biāo)定；然后根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制方程，對(duì)參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元施加已知標(biāo)定力，并根據(jù)測(cè)得的系統(tǒng)響應(yīng)反演獲得動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)，完成參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元的動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)的識(shí)別；利用調(diào)平平臺(tái)對(duì)微推力測(cè)量設(shè)備進(jìn)行調(diào)平；調(diào)整參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元，使兩者具有一致的動(dòng)力學(xué)屬性參數(shù)，即具有相同的剛度系數(shù)、慣性系數(shù)和阻尼系數(shù)；所述測(cè)量方法包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元對(duì)稱(chēng)設(shè)置，均由柔性彈片吊裝；所述柔性彈片可拆卸，確定柔性彈片的厚度與微推力測(cè)量裝置的剛度系數(shù)、承載能力的關(guān)系；根據(jù)微推力測(cè)量裝置所需要的剛度系數(shù)、承載能力更換不同厚度的柔性彈片，以形成具有多檔位的微推力測(cè)量裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述柔性彈片的厚度較其吊裝的構(gòu)件厚度小，吊裝柔性彈片的構(gòu)件的厚度較柔性彈片的厚度大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述柔性彈片采用硬度大于或等于36hrc、彈性模量大于或等于133gpa，屈服極限大于或等于1037mpa、疲勞極限大于或等于750mpa、抗拉強(qiáng)度大于或等于1106gpa、耐腐蝕性系數(shù)小于0.005mm/a的材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述柔性彈片由鈹青銅、碳彈簧鋼、鉻鉬彈簧鋼、硅錳彈簧鋼、硫化彈簧鋼、鉬彈簧鋼或鎳合金彈簧鋼制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述微推力測(cè)量裝置還包括激光干涉儀和差分式系統(tǒng)響應(yīng)采集器；其中，所述差分式系統(tǒng)響應(yīng)采集器用于獲取分別由參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元輸出的參考信號(hào)和實(shí)測(cè)信號(hào)，并基于參考信號(hào)和實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)一步獲得第一差分信號(hào)；所述第一差分信號(hào)用于標(biāo)定所述激光干涉儀；所述激光干涉儀用于獲得參考信號(hào)輸出單元和實(shí)測(cè)信號(hào)輸出單元的第二差分信號(hào)，基于所述第二差分信號(hào)進(jìn)一步獲得所述微推力測(cè)量設(shè)備的測(cè)量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微推力測(cè)量設(shè)備，其特征在于，兩個(gè)所述柔性彈片吊裝于所述微推力測(cè)量裝置所包括的調(diào)平...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：崔海超，洪延姬，馮高平，王琳妍，王殿?lèi)?/a>，葉繼飛，杜邦登，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)人民解放軍軍事航天部隊(duì)航天工程大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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