基于激光位移传感器的柔性喷管动态摆心非接触测量方法
基于激光位移传感器的柔性喷管动态摆心非接触测量方法
作者:张丹阳;夏云峰;李信元;赵亮
摆心漂移是柔性喷管设计时的一项重要参数,它反映着柔性接头在燃烧室压强作用下实际摆心偏离理论摆心的规律。由于摆心漂移会对喷管摆动时的实际间隙、作动筒行程与摆角关系的变化及作动力臂的变化等方便产生影响,所以柔性喷管的摆心测试始终是固体火箭推力向量控制试验中的一个重要环节。
目前,柔性喷管白线漂移的精确测试与计算方法很难建立,再加之在冷态模拟喷管工作条件下的载荷十分困难或几乎不可能,使得摆心漂移的测试工作许话费很大精力,切不容易取得满意结果。而且,国内也没有测量喷管摆心漂移的专门设备。
随着弹总体对推力向量控制精度要求的不断提高,实际工作中不用十分精确地摆心漂移预估值作为固体发动机动力方向控制的参考值已不适用,因此迫切需要开展柔性喷管全轴摆动状态下的动态摆心试验研究。基于大量的冷态喷管全轴摆动性能分析试验,本文提出了一种柔性喷管全轴摆动状态下动态摆心的实验测量方法。该方法利用激光测距传感器采集试验数据,具有测试精度高、频响快、不收测量环境影响等优点,实现了动态摆心的非接触式测量,能准确得到柔性喷涂安圈住摆动过程中摆心数据和摆心三维运动轨迹。
柔性喷管全轴摆动的动态摆心数据是通过柔性接头全轴摆动动态摆心测试试验获得的。试验时通过固定体和活动体先将柔性接头安装在冷试高压容器上,活动体上固定摆杆和推力架模拟喷管扩张段,摆杆轴线与柔性接头轴线重合,安装在摆杆90°方向上的2个伺服作动器用于实现柔性接头的全轴摆动,通过对摆杆上特定点在摆动过程中的位置变化进行测试,利用数学模拟计算出实际摆心位置的变化情况。
摆杆的顶端与轴线相垂直地装一平板,称为Z板,激光位移传感器Z3的轴线重合与白干的轴线,其在Z板上的投影为坐标系的原点O(此时容压为零压),OZ轴即重合与摆杆的轴线;推力向量作动器1.2分别分布于OXZ和OYZ平面内,这样固定坐标系OXYZ即被选定。在摆杆上装有2块平板,分别垂直于X轴(称X板)和Y轴(称Y板),激光位移传感器X2、X1和Y2、Y1分别垂直于X板和Y板,且X2月Y2,X1与Y1的延长线分别交于Z轴上两点,其交点坐标依次为(0,0,-Z2)、(0,0,-Z1);X板和Y板到坐标点的距离皆为R0.
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