自由射流试验发动机推力测量装置制造方法
【专利摘要】本发明属于航空、航天【技术领域】，具体涉及一种自由射流试验发动机推力测量装置。该装置包括动架、定架、用于测量的测量发动机轴向力的轴向弹性连杆以及用于测量待测量发动机升力的纵向弹性连杆；通过该装置可实现发动机整机自由射流试验时发动机轴向力、升力以及俯仰力矩的测量。
【专利说明】自由射流试验发动机推力测量装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空、航天【技术领域】，涉及一种用于航天发动机试验的装置，具体涉及 一种自由射流试验发动机推力测量装置。
【背景技术】
[0002] 目前国内外普遍采用地面自由射流试验的方法获得吸气式动力发动机的总体性 能，其中推力参数是表征发动机性能的重要参数之一。因此吸气式动力发动机推力测量技 术显得至关重要。
[0003] 自由射流试验中，高总温高马赫数气流流经试验段，其中一部分进入发动机燃烧 室，为了保证风洞顺利启动，试验件投影面积一般不大于试验段面积的20%，即阻塞比小于 20%。
[0004] 目前传统火箭发动机推力架采用测量传感器与发动机轴线同轴布置，若采用该测 量方式会直接影响发动机进气，并且阻塞比较大。由于在进行发动机自由射流试验的过程 中发动机会产生两个方向的分力以及一个力矩，分别是发动机本体的轴向推力、垂直于轴 向推力的升力以及俯仰力矩，但是上述现有的测量装置只能测量发动机轴向推力，显然这 种测量方式不适合发动机自由射流试验。
[0005] 随着吸气式发动机研究的深入开展，需要对整机自由射流试验并对发动机推力进 行测量，为了适应发动机研制需要，需研制全新的推力测量台架获取发动机推力参数。
【发明内容】
[0006] 为了解决【背景技术】中的问题，本发明提出一种满足自由射流试验过程中可同时测 量发动机轴向推力、升力以及俯仰力矩的自由射流试验发动机推力测量装置。
[0007] 本发明的具体技术方案是：
[0008] -种自由射流试验发动机推力测量装置，其特征在于：包括按照待测量发动机升 力方向依次连接的定架、纵向弹性连杆以及动架；
[0009] 所述动架是由垂直架以及水平架组成；所述垂直架的上端面安装待测量发动机， 下端面与水平架固定连接；所述水平架与定架保持平行；所述纵向弹性连杆有多组且均匀 布置在水平架与定架之间；
[0010] 按照待测量发动机轴向力方向依次设置的轴向弹性连杆以及承力座；
[0011] 所述承力座固定安装在定架上；所述轴向弹性连杆有一组；所述轴向弹性连杆一 端与垂直架连接，另一端与承力座连接；所述承力座与轴向弹性连杆的连接面与水平架与 轴向弹性连杆的连接面相互平行；
[0012] 所述轴向弹性连杆包括一对弹性铰链以及安装在两个弹性铰链之间力传感器；
[0013] 所述纵向弹性连杆与轴向弹性连杆结构相同。
[0014] 上述测量装置还包括用于限制动架移动的锁紧机构；所述锁紧机构包括分别设置 在垂直架两侧的多个锥顶组件；所述锥顶组件包括驱动装置、设置在驱动装置固定端的固 定座以及设置在驱动装置活动端的锥顶；所述固定座与定架固定连接。
[0015] 上述垂直架上设置有锥孔；所述锥孔的数量和锥顶的数量一致；所述锥孔的位置 与锥顶的位置一一对应。
[0016] 上述定架、垂直架以及水平架均采用钢架结构，且形状为矩形。
[0017] 上述驱动装置采用液压缸驱动。
[0018] 本发明的优点在于：
[0019] 1、本发明采用轴向弹性连杆以及纵向弹性连杆，实现了自由射流试验时整机全尺 寸发动机的轴向力、升力以及俯仰力矩的测量，使得试验效果大大提升。
[0020] 2、本发明的轴向弹性连杆和纵向弹性连杆均采用弹性铰链和力传感器组合结构， 力的机械分解效果好，有较高的失稳临界载荷。有效地减小其他分量力和力矩对测量分量 的干扰，将所关心测量分量传递到相应方向的力传感器。
[0021] 3、本发明中在动架两侧设置锁紧机构，避免了试验时开机或者停机时冲击载荷较 大给动架、传感器以及弹性铰链造成的冲击损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的结构简图。
[0023] 附图标记如下：
[0024] 1-动架、11-垂直架、111-锥孔、12-水平架、2-定架、3-轴向弹性连杆、31-弹性 铰链、32-力传感器、4-纵向弹性连杆、5-待测量发动机主体、6-锁紧机构、61-锥顶组件、 611-缸体、612-固定座、613-锥顶、7-承力座。
【具体实施方式】
[0025] 本发明在进行对航天发动机进行自由射流试验时，由于常规的测量装置仅仅只能 测量发动机轴向推力，现设计了一种可同时测量发动机轴向推力、升力以及俯仰力矩的测 量装置。
[0026] 以下通过附图1，对本发明的装置进行描述：
[0027] 注：图中Fx为待测量发动机的轴向力，Fy代表待测量发动机的升力，Mz为待测量 发动机的俯仰力矩。
[0028] 该测量装置包括按照待测量发动机升力方向依次连接的定架2、纵向弹性连杆4 以及动架1 ;
[0029] 具体是：动架1是由垂直架11以及水平架12组成；垂直架11的上端面安装待测 量发动机5,下端面与水平架12固定连接；水平架11与定架2保持平行；纵向弹性连杆4 有4组且均匀布置在水平架12与定架2之间；
[0030] 按照待测量发动机轴向力方向依次设置的轴向弹性连杆3以及承力座7 ;
[0031] 具体是：承力座7固定安装在定架2上；轴向弹性连杆3有一组；该轴向弹性连杆 3 -端与水平架12连接，另一端与承力座7连接；承力座7与轴向弹性连杆3的连接面与 水平架12与轴向弹性连杆3的连接面相互平行；
[0032] 轴向弹性连杆3包括一对弹性铰链31以及安装在两个弹性铰链之间力传感器 32 ；
[0033] 纵向弹性连杆4与轴向弹性连杆3结构相同，每一组纵向弹性连杆也包括一对弹 性铰链31以及安装在两个弹性铰链31之间的力传感器32。
[0034] 特别的还有：该装置中定架2、垂直架11、水平架12均为矩形并且全部采用钢框架 结构，以型钢构建骨架，在保证刚度的前提下减小质量，达到刚度和质量的良好匹配；
[0035] 特别之处还在于：由于试验时风洞的启动和停车时冲击载荷较大，通常是稳定状 态的数倍。因此为了保证动架1、弹性铰链31、力传感器32在冲击载荷下不被破坏，该测量 装置还包括用于限制动架移动的锁紧机构6 ;
[0036] 该锁紧机构6包括分别设置在垂直架11两侧的多个锥顶组件61 ;锥顶组件61包 括驱动装置611、设置在驱动装置611固定端的固定座612以及设置在驱动装置611活动端 的锥顶613 ;固定座612与定架2固定连接。
[0037] 进一步的来说，为了确保锁紧机构的锁紧更加可靠、安全，本发明还在垂直架11 上设置有锥孔111 ;锥孔111的数量和锥顶613的数量一致；锥孔111的位置与锥顶613的 位置--对应。
[0038] 由于锁紧机构在工作时承受的载荷很大，因此，驱动装置采用液压的方式驱动锥 顶工作，并且可以承受轴向载荷和径向剪切载荷（实际上该驱动装置还可以采用气缸的方 式或者机械转动的方式）。
[0039] 根据上述对装置结构的描述，现对该装置的实际应用进行描述：
[0040] 自由射流试验时，发动机产生轴向推力、升力以及俯仰力矩三个分量；通过动架将 发动机综合受力传递给轴向弹性连杆和纵向推力连杆，通过对推力测量装置静态标定可以 得到轴向推力、升力以及俯仰力矩用上述5个测量传感器输出值表示的关系式，根据力传 感器数值计算当前发动机的轴向推力、升力以及俯仰力矩的大小。
[0041] 试验时，风洞启动或停止时产生瞬时力很大，可能会对测量装置造成损坏，因此当 风洞启动或停止之前，需要用油压顶出的锥顶组件上的锥顶，使其插入动架垂直架上的锥 孔，使动架和定架连接锁死，形成刚性连接，承受启动/停车时不稳定的冲击载荷。待流场 稳定后，锁紧机构可进行解锁将锥顶退出锥孔即可。
【权利要求】
1. 一种自由射流试验发动机推力测量装置，其特征在于：包括按照待测量发动机升力 方向依次连接的定架、纵向弹性连杆以及动架； 所述动架是由垂直架以及水平架组成；所述垂直架的上端面安装待测量发动机，下端 面与水平架固定连接；所述水平架与定架保持平行；所述纵向弹性连杆有多组且均匀布置 在水平架与定架之间； 按照待测量发动机轴向力方向依次设置的轴向弹性连杆以及承力座； 所述承力座固定安装在定架上；所述轴向弹性连杆有一组；所述轴向弹性连杆一端与 垂直架连接，另一端与承力座连接；所述承力座与轴向弹性连杆的连接面与水平架与轴向 弹性连杆的连接面相互平行； 所述轴向弹性连杆包括一对弹性铰链以及安装在两个弹性铰链之间力传感器； 所述纵向弹性连杆与轴向弹性连杆结构相同。
2. 根据权利要求1所述的自由射流试验发动机推力测量装置，其特征在于：所述测量 装置还包括用于限制动架移动的锁紧机构；所述锁紧机构包括分别设置在垂直架两侧的多 个锥顶组件；所述锥顶组件包括驱动装置、设置在驱动装置固定端的固定座以及设置在驱 动装置活动端的锥顶；所述固定座与定架固定连接。
3. 根据权利要求2所述的自由射流试验发动机推力测量装置，其特征在于：所述垂直 架上设置有锥孔；所述锥孔的数量和锥顶的数量一致；所述锥孔的位置与锥顶的位置一一 对应。
4. 根据权利要求1或2或3所述的自由射流试验发动机推力测量装置，其特征在于： 所述定架、垂直架以及水平架均采用钢架结构，且形状为矩形。
5. 根据权利要求4所述的自由射流试验发动机推力测量装置，其特征在于：所述驱动 装置采用液压缸驱动。
【文档编号】G01M15/00GK104155042SQ201410366338
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】朱舒扬, 史超, 李双军, 赵红轩, 王志武 申请人:西安航天动力试验技术研究所