推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置

摘要

本发明公开了一种推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置，包括改良的推力矢量发动机喷管、舵机传动负载机构和测试装置，改良的推力矢量发动机喷管是在已有的推力矢量发动机喷管外围焊接四组沿喷管轴向呈中心对称的第一矩形板组和第二矩形板组；舵机传动负载机构中的电动舵机通过舵片连杆驱动舵片偏转，从而产生的弹簧扭矩来模拟实际燃气舵的燃气负载；测试装置包括U形支撑板、联轴器和扭矩传感器，扭矩传感器能够实时测量舵片处的铰链力矩。本发明能够有效降低推力矢量发动机燃气舵测试成本，具有结构简易，可靠，动态性能测试精度高等优点。

说明书

技术领域

本发明属于发动机测试领域，具体涉及一种推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置。

背景技术

国内研制成熟的推力矢量发动机燃气舵测试系统大多数都是在推力矢量发动机点火试验过程中直接对燃气舵进行性能测试，由于点火试验过程产生的燃气负载随燃气流量的变化而变化，导致测试数据变动较大，不够精准；点火试验会产生大量的高温，需要对测试装置进行热防护处理或者采用其他传动机构传递测试扭矩，热防护安全性能不可靠，易造成测试装置的烧蚀，且过多的传动机构会导致测试数据的误差增大，不利于测试数据的得出。点火试验过程中的大量高温燃气会烧蚀舵片，不能使用同一测试装置多次进行实验，试验过程消耗大量燃料，使试验成本普遍过高。

华中测控技术有限公司设计的以力矩电机作为执行机构的被动式电动负载模拟器代表了先进的水平，这类系统对信号的跟踪能力强、负载分辨率较高，但是其结构复杂、庞大，价格昂贵，并不适合普通高校的科研训练和中小企业测试产品性能。

余成林在《推力矢量舵机的受力分析及其模拟实现》（河南科技大学，2013）一文中提出了一种推力矢量燃气舵模拟加载系统，该系统是对燃气舵的完全模拟，使用力矩电机、丝杠和导轨来仿真燃气舵舵片的偏转，但是其脱离了燃气舵本体，不能真实表明推力矢量发动机燃气舵的变化过程，缺少应用背景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置，能够有效降低推力矢量发动机燃气舵测试成本，具有结构简易，可靠，动态性能测试精度高等优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置，包括四个舵机传动负载机构和四个测试装置，还包括改良的推力矢量发动机喷管，所述改良的推力矢量发动机喷管包括推力矢量发动机喷管、四组第一矩形板组和四组第二矩形板组；四组第一矩形板组沿推力矢量发动机喷管的扩张段周向环形分布，每组包括两片相互平行的第一矩形板，四组第二矩形板组沿推力矢量发动机喷管的扩张段周向环形分布，每组包括两片相互平行的第二矩形板，第一矩形板组和第二矩形板组一一对应，沿推力矢量发动机喷管轴向焊接在同一直线上，且第一矩形板组和第二矩形板组分别沿推力矢量发动机喷管轴向呈中心对称分布，四个舵机传动负载机构分别通过螺钉固定在一一对应的第一矩形板组和第二矩形板组上，每个舵机传动负载机构上对应设有一个测试装置。

所述舵机传动负载机构包括电动舵机、舵机支撑板、上板、轴承、轴承连杆、扭转弹簧、舵片连杆、舵片、舵机连接片和连接杆；所述舵机支撑板为一端带有半圆形凹槽且中部开有矩形方孔的平板，舵机支撑板插入第一矩形板组和第二矩形板组，与第一矩形板组和第二矩形板组固连；所述电动舵机设置在舵机支撑板外壁，其尾部圆盘穿过矩形方孔；所述水滴形的舵机连接片固定在电动舵机的尾部圆盘上，连接杆固定在舵机连接片的尖端；上板一端带有半圆形凹槽，所述上板固定在舵机支撑板带有半圆形凹槽的一端，所述上板的半圆形凹槽与舵机支撑板的半圆形凹槽相配合，形成轴承安装孔，轴承固定在所述轴承安装孔内；所述舵片连杆上设有一个长条形孔，舵片连杆位于舵机支撑板内侧，轴承连杆中间粗两端细，且在其中一端开有键槽，所述轴承连杆一端穿过轴承与舵片连杆采用过盈配合的方式连接，轴承连杆和轴承通过键槽固连，所述连接杆插入舵片连杆的长条形孔内；轴承连杆另一端与测试装置连接，所述扭转弹簧套接在轴承连杆上，且扭转弹簧的两端分别与舵机支撑板和舵片连杆固连；所述舵片固定在舵片连杆上，且舵片与推力矢量发动机喷管同侧。

所述测试装置包括联轴器、扭矩传感器、U形支撑板；所述U形支撑板一个侧壁通过内六角螺钉固定在舵机支撑板外壁，扭矩传感器固定在U形支撑板另一个侧壁上，联轴器一端与扭矩传感器连接，另一端通过键与机传动负载机构的轴承连杆连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）利用弹簧扭矩与偏转角度的正比关系，采用弹簧扭矩代替燃气舵点火试验产生的燃气负载，能够有效降低推力矢量发动机燃气舵的测试成本；（2）结构大大简化，无需考虑热防护的问题，通过联轴器使得扭矩传感器能够直接测得铰链力矩；（3）本发明属于机械式的模拟器，避免了燃气负载随燃气流量的变化而变化的问题，可以使推力矢量发动机燃气舵测试效果更加稳定，更加可靠，提高了动态性能测试的精度；（4）本发明使得装置无需在高温情况下进行测试，有效降低测试装置的加工和维护成本。

附图说明

图1是本发明推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置整体结构示意图。

图2是本发明推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置舵机传动负载机构示意图。

图3是本发明推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置的测试装置示意图。

图4是本发明推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置舵片连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图4，本发明涉及一种推力矢量发动机燃气舵简易模拟负载及测试装置，包括改良的推力矢量发动机喷管、四个舵机传动负载机构和四个测试装置。

所述改良的推力矢量发动机喷管包括推力矢量发动机喷管、四组第一矩形板组和四组第二矩形板组；四组第一矩形板组沿推力矢量发动机喷管的扩张段周向环形分布，每组包括两片相互平行的第一矩形板，四组第二矩形板组沿推力矢量发动机喷管的扩张段周向环形分布，每组包括两片相互平行的第二矩形板，第一矩形板组和第二矩形板组一一对应，沿推力矢量发动机喷管轴向焊接在同一直线上，且第一矩形板组和第二矩形板组分别沿推力矢量发动机喷管轴向呈中心对称分布，四个舵机传动负载机构分别通过螺钉固定在一一对应的第一矩形板组和第二矩形板组上，每个舵机传动负载机构上对应设有一个测试装置。

所述舵机传动负载机构包括电动舵机、舵机支撑板、上板、轴承、轴承连杆、扭转弹簧、舵片连杆、舵片、舵机连接片和连接杆。

所述舵机支撑板为一端带有半圆形凹槽且中部开有矩形方孔的平板，舵机支撑板插入第一矩形板组和第二矩形板组，通过内六角螺钉与第一矩形板组和第二矩形板组固连；所述电动舵机设置在舵机支撑板外壁（即远离推力矢量发动机喷管的一侧），其尾部圆盘穿过矩形方孔；所述水滴形的舵机连接片固定在电动舵机的尾部圆盘上，所述连接杆固定在舵机连接片的尖端，且远离电动舵机的一侧；上板一端带有半圆形凹槽，另一端带有半圆形凸起，所述上板通过内六角螺钉固定在舵机支撑板带有半圆形凹槽的一端，所述上板的半圆形凹槽与舵机支撑板的半圆形凹槽相配合，形成轴承安装孔，轴承固定在所述轴承安装孔内；所述舵片连杆上设有一个长条形孔，舵片连杆位于舵机支撑板内侧（即靠近推力矢量发动机喷管轴线的一侧），轴承连杆中间粗两端细，且在其中一端开有键槽，所述轴承连杆一端穿过轴承与舵片连杆采用过盈配合的方式连接，轴承连杆和轴承通过键槽固连，所述连接杆插入舵片连杆的长条形孔内；轴承连杆另一端与测试装置连接，所述扭转弹簧套接在轴承连杆上，且扭转弹簧的两端分别与舵机支撑板和舵片连杆固连；所述舵片通过内六角螺钉固定在舵片连杆上，舵片与推力矢量发动机喷管同侧。

所述测试装置包括联轴器、扭矩传感器、U形支撑板。

所述U形支撑板一个侧壁通过内六角螺钉固定在舵机支撑板外壁，扭矩传感器固定在U形支撑板另一个侧壁上，联轴器一端与扭矩传感器连接，另一端通过键与机传动负载机构的轴承连杆连接。

下面以舵片偏转非零角度时测试铰链力矩为例说明系统的工作过程：

当需要推力矢量发动机燃气舵舵片偏转一定角度时，驱动电动舵机旋转，使固定在舵机连接片上的连接杆绕电动舵机的轴线旋转，由于连接杆插在舵片连杆的长条形孔内，连接杆能够在长条形孔里直线运动，且舵片连杆的另一端被轴承连杆限制为只能旋转，故舵片连杆跟随连接杆一同旋转；所述舵片固定在舵片连杆上，因而实现了舵片在电动舵机带动下的偏转；此时舵片连杆和舵机支撑板之间有一定的角度，该角度使扭转弹簧产生弹簧扭矩，利用该扭转弹簧的扭矩与旋转角度成正比的特性，可在轴承连杆产生上一定的负载力矩，此特性符合燃气负载作用在舵片上的力变化规律，因此可以用该扭转弹簧来模拟实际燃气负载的作用情况；作用在舵片上的扭矩能够实时通过联轴器传递到扭矩传感器，经过转换即可得出此时作用在舵片上的扭矩。

本发明利用弹簧扭矩与偏转角度的正比关系，采用弹簧扭矩代替燃气舵点火试验产生的燃气负载，能够有效降低推力矢量发动机燃气舵的测试成本；结构大大简化，无需考虑热防护的问题，通过联轴器使得扭矩传感器能够直接测得铰链力矩；本发明属于机械式的模拟器，避免了燃气负载随燃气流量的变化而变化的问题，可以使推力矢量发动机燃气舵测试效果更加稳定，更加可靠，提高了动态性能测试的精度；本发明使得装置无需在高温情况下进行测试，有效降低测试装置的加工和维护成本。