水下六分力试车台点火控制系统及矢量测量推力的方法与流程

本发明属于六分力试车台，具体涉及水下六分力试车台点火控制系统及矢量测量推力的方法。

背景技术：

1、发动机试验与测试技术是固体推进技术的重要组成部分，水下点火控制和推力矢量偏心则是发动机试验与测试中需要测量的重要参数。要研究发动机水下点火控制和推力矢量偏心，需要做大量反复的试验，这些试验若都放到设备航行试验中是不可能的。主要原因是航行试验成本高、周期长、信息收获量小、具有冒险性、需要耗费大量的人力。这就需要进行发动机水下六分力试车台试验，发动机水下六分力试车台试验是指在水下根据特定的条件及环境要求，对系统进行静态试验，获取描述系统的各项性能指标信息，以便解决发动机推力偏心测试过程中的关键问题。然而现有技术中，对于发动机水下六分力试车台点火控制和矢量力的实验设备，尤其是发动机水下点火控制和推力矢量的实验设备尚无成熟性技术，同时水下试车试验难度较高的问题。

2、因此设计一款水下六分力试车台，能够监测水下六分力试车台用于测试水下固体发动机工作时燃烧室压强、矢量推力、结构壳体温度等性能参数，可以用来分析研究其对精准弹道控制的影响，对深水发动机的工作特性进行解释，为深水发动机的设计提供必要的试验依据。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了水下六分力试车台点火控制系统及矢量测量推力的方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：水下六分力试车台点火控制系统，包括试车台架、原位标定系统、测控系统；

3、所述试车台架用于安装备测火箭发动机，所述试车台架上安装有力传感器和信号传输模块，所述试车台架还包括动架、定架和六组测力传感器挠性件组合件和保护装置；

4、所述原位标定系统用于试验前后水下卧式六分力测试台系统的标定和校准；

5、所述测控系统用于发动机试验时的原位校准控制、发动机点火控制，以及推力、压力、温度传感器输出信号的采集、显示、记录和处理。

6、作为本发明的水下六分力试车台点火控制系统，所述动架内通过轴向和径向用球铰和弹簧夹头定位火箭发动机，动架依靠一个主推力和五个侧分力传感器挠性件就组合件与定架相连，组合件1、2的对称线o1x1轴与组合件3的中心线o1y1轴及动架中心线o1z轴组成一个空间直角坐标系的上直角坐标系，组合件4、5、6的中心线ox，oy，oz组成另一个空间直角坐标系的下直角坐标系，上、下两个空间直角坐标系共o1z(oz)轴，01在oxyz坐标系的位置坐标是(0，0，-l)，l为两直角坐标间的垂直距离。

7、作为本发明的水下六分力试车台点火控制系统，由力学原理可知，任意一个间向量p对某一简化中心o的作用效果，可用一个主矢量f和一个主矩m表示，即根据静力学充要条件，以o为简化中心，可得：

8、

9、上式中f1～f6为由六分量试验台测得6个分力，l为上下两直角坐标系之间的距离，r为1，2两个分力与x轴之间的距离。

10、作为本发明的水下六分力试车台点火控制系统，有了任意瞬间的f1～f6，就可以计算得到某瞬时的主矢量f和主矩m，也可以换算出描述各种推力偏心参量，通过推导可以得到推力偏心角γ和推力偏心距δc，推力偏心角γ的计算式为：

11、

12、推力偏心距δc的计算式为:

13、

14、式中：

15、

16、

17、上式中zc为火箭质心与直角坐标原点o(简化中心)之间的距离；

18、当喷管轴线与发动机轴线(即火箭发动机理论轴线)一致，即ψ＝0(无倾斜角)，则上述γ角即为火箭发动机理论轴线与实际推力线的夹角，称之为推力偏心角，当喷管轴线与发动机轴线有一夹角ψ时，则δ为实际推力线与理论推力线的夹角，δ＝γ-ψ；当喷管轴线与发动机轴线(即火箭发动机理论轴线)一致，即ψ＝0(无倾斜角)，则上述δc，称之为推力偏心距。当喷管轴线与发动机轴线有一夹角ψ时，上式中δc为实际推力线与过质心c的横截面的交点到oz轴的距离(即最短距离)为推力线横移量h，δcx，δcy分别为实际推力线横移量在x轴和y轴上的分量。

19、作为本发明的水下六分力试车台点火控制系统，所述测控系统由水下测控前端、水下点火控制系统、水面监控系统三部分组成；

20、其中：

21、水下测控前端包含测量前端传感器组、数据采集存储系统和水下密封舱三部分；

22、水面监控系统包含水面监控主机、专用监控软件和电缆随动装置三部分；

23、作为本发明的水下六分力试车台点火控制系统，所述测量前端传感器组采集推力、压力、温度信号并转换成电信号；数据采集存储系统对传感器输出信号进行采集存储，同时可对原位标定系统进行控制；水下密封舱用于放置数据采集系统和备份数据采集系统，舱内有漏水检测传感器，可进行漏水报警。

24、作为本发明的水下六分力试车台点火控制系统，所述水面监控主机通过网口与水下测控前端建立连接，集成有各种通讯接口可与其他测试平台或指挥中心进行通信；专用监控软件负责对采集数据进行处理显示，发送原位标定设备驱动；电缆随动装置用于平台升降过程中电源线、通信线和点火控制线的收放。

25、作为本发明的水下六分力试车台点火控制系统的矢量测量推力的方法，包括以下步骤：

26、步骤一，设备安装，在升降平台上按设计要求安装测试台架、发动机、测量前端传感器组、水下密封箱和原位标定系统；

27、步骤二，原位标定，将整个测试系统沉入预设水深，通过原位标定系统施加预设力完成六分力试验台架的原位标定，标定结束后，解除标定系统与台架的连接；

28、步骤三，点火测量，点火系统进行火箭发动机点火控制，安装在测试台架上的推力以及发动机上的压力和温度传感器将发动机工作过程中的各项参数转化成电信号，并通过传输电缆传输给水下密封箱中的数据采集设备进行采集，采集得到的信号通过光纤传输给水面监控主机进行数据处理和显示。

29、有益效果：

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、1、本发明对台架结构优化设计，考虑操作便利性和结构稳定性，试车台采用发动机单推布置方案，发动机试车台安装在打捞平台上，水下原位标定系统快速标定及脱位，双数据采集系统冗余测试加长时间连续采集方式，为保证测试数据的捕获率，采用双数采冗余设计，一套主数采和一套备用数采独立工作；增大数据采集系统的存储容量，通过采用提前启动长时间连续采集的方式避免触发采集方式的漏触发现象；

32、2、本发明为保证发动机点火安全性，采用岸控点火方式，做到真正的安全、可靠、操作便利，操作使用维护简单方便；

33、3、本发明考虑水下试验对操作维护的便利性要求，测量精度可控，将数据采集系统放置于水下密封箱中，消除长引线带来的信号衰减和干扰问题，能够监测水下六分力试车台用于测试水下固体发动机工作时燃烧室压强、矢量推力、结构壳体温度等性能参数，可以用来分析研究其对精准弹道控制的影响，对深水发动机的工作特性进行解释，为深水发动机的设计提供必要的试验依据。