本发明涉及一种用于推力矢量测试系统的可控力源产生装置，属于传感、测控技术领域，应用于推力矢量测试系统的检定场合，对模拟航天器的工作状态、检定推力矢量测试系统性能具有重要意义。
背景技术：
随着人类对未来载人登月、火星探测和更远的深空探测计划的开展，航天器的运行需要更大的推进力、更长的运行时间、更复杂的变轨运动以及姿态调整运动，所以对航天器的推进、控制技术要求也越来越高。轨/姿控火箭发动机作为航天器推进系统的重要组成部分，在航天器工作运行的过程中扮演着力源推进、姿态调整、分离制动等重要角色。推力矢量作为火箭发动机性能指标的一个重要参数，对其模拟、控制、测量与标定具有重要的意义。
一般情况下，在实验室内常采用地面点火试验来获取火箭发动机的推力等性能参数，但前提是推力矢量测试系统的各项性能指标应满足实际工程要求，故性能良好的推力矢量测试系统是地面点火试验准确获取发动机的推力等性能参数的重要保障。由于火箭发动机安装在转接架后，推力矢量测试系统的推力等性能参数可能会发生变化，所以有必要对安装了火箭发动机的推力矢量测试系统进行性能检测。
为了检定装配有火箭发动机的推力矢量测试系统的性能参数是否满足实际工程要求，一般采用地面点火试验的方式来对推力矢量测试系统进行检定。地面点火试验和航天器运行时的工作原理几乎相似，故地面点火试验所产生的六维力能够很好的模拟出航天器工作时的受力状态，但地面点火试验会耗费大量的化学燃料，成本高昂，环境易受污染，并且技术和过程复杂，试验环境模拟难度大，故在实验室对推力矢量测试系统进行检定时，一般采用成本较为低廉、操作简便的推力矢量测试系统检测试验。推力矢量测试系统检测试验能够在实验室条件下，还原推力矢量测试系统实际工作状态，得到较为准确和完整的测试数据，在所研制的产品或设备投入实际运行前，预先发现其中存在的问题，同时具有良好的可控性、可重复性，大大节约了研制成本和周期，同时也保证了推力矢量测试系统在投入使用前具备良好的性能。力源产生装置作为推力矢量测试系统的动力源，在检测实验的过程中扮演着举足轻重的角色，故研究一种成本低、操作简便、既能够产生模拟六维力又能够检定推力矢量测试系统性能的可控力源产生装置很有必要。
技术实现要素：
本发明作为外界力源产生装置，所产生的外界加载力作用于装配有火箭发动机的推力矢量测试系统，通过比较压电测力仪的输出与外界加载力值的输入是否保持一致，从而检测出推力矢量测试系统的静态特性是否满足实际工程要求。采用正交加载的加载方式产生可控单向力，再根据力的合成原理将可控单向力合成可控复合力，通过将液压加载装置上下移动，即可改变力的作用点，从而使力矢量(力的大小、方向、作用点)可控。该装置作为外界加载力源，所产生的三向正交力可模拟出被测对象所受的矢量力，产生的力矩可模拟被测对象的偏航、俯仰与滚转状态。此外，本发明所产生的外界加载力可作为推力矢量测试系统的检测力，即可检定已标定推力矢量测试系统的静态性能，从而使推力矢量测试系统实现测、控、标一体化。
本发明的技术方案：
一种用于推力矢量测试系统的可控力源产生装置，包括支撑与测量系统、被测模拟对象系统、标定架和力源加载系统；
所述的支撑与测量系统主要由固定脚架5、支撑架6、固定圆盘7、防护罩8、压电测力仪9、加载板10、转接法兰11和连接螺栓17组成；所述的固定脚架5有四个，通过地脚螺栓固定在地面；所述的支撑架6为四脚支架，通过螺栓与固定脚架5连接；所述的固定圆盘7上设有中心通孔，通过螺栓固定在支撑架6顶部；所述的压电测力仪9通过螺栓和固定圆盘7相连，外部通过防护罩8保护，防止外界环境对压电测力仪9的精度造成影响；所述的加载板10与压电测力仪9的上板固连，其上通过连接螺栓17固定连接转接法兰11；
所述的被测模拟对象系统主要由卡环12、竖直加载板13、切向加载板14、向心加载板15和被测模拟对象16组成；所述的被测模拟对象16为圆柱体，与转接法兰11固连，所述的两个卡环12通过螺栓夹紧在被测模拟对象16上；所述的竖直加载板13、切向加载板14和向心加载板15按照各自的方向通过螺栓连接固定在两个卡环12的外围；
所述的标定架主要由固定横梁1、立柱2、可移动横梁3和顶部横梁4组成；所述的标定架为中空方体加强筋结构，既减轻了装置的重量，又保证了装置的刚度和强度；所述的立柱2共四根，两相邻立柱2间固定安装有固定横梁1，位于立柱2的底部，构成方形框架底面；所述的可移动横梁3安装在相邻立柱2间，可沿立柱2竖直方向上下移动；所述的顶部横梁4有四根以上，其中，四根顶部横梁4固定于立柱2的顶部，首尾固接成方形结构，其余顶部横梁4固定在方形结构所形成的内部空间内，实现进一步加强固定；
所述的力源加载系统主要由向心加载力源装置Ⅰ、轴向加载力源装置Ⅱ、竖直加载力源装置Ⅲ和切向加载力源装置Ⅳ组成；所述的向心加载力源装置Ⅰ给推力矢量测试系统施加向心力Fx、Fy，包括液压加载头c24、标准力传感器19、液压缸20和固定底板21；所述的固定底板21固连在可移动横梁3的中间位置，所述的液压缸20通过螺栓与固定底板21固连，所述的标准力传感器19一端与液压缸20相连，另一端通过螺纹与液压加载头c 24相连；所述的加载头c 24通过螺栓固连在向心加载板15上；
所述的轴向加载力源装置Ⅱ给推力矢量测试系统施加主向力Fz，包括液压加载头a 18、标准力传感器19、液压缸20和固定底板21；所述的固定底板21、液压缸20、标准力传感器19和液压加载头a18依次固定连接成为一个整体；所述的固定底板21固定连接在被测模拟对象16正上方的顶部横梁4上；所述的液压加载头a18固定连接在被测模拟对象16的顶部；
所述的竖直加载力源装置Ⅲ给推力矢量测试系统施加弯矩Mx、My，包括液压加载头b 22、标准力传感器19、液压缸20和固定底板21；所述的固定底板21、液压缸20、标准力传感器19和液压加载头b 22依次固定连接成为一个整体；所述的固定底板21固定连接在竖直加载板13上方的顶部横梁4上；所述的液压加载头b22通过螺母固连在竖直加载板13上；
所述的切向加载力源装置Ⅳ给推力矢量测试系统施加弯矩Mz，包括液压加载头d 25、标准力传感器19、液压缸20和固定底板21；所述的固定底板21、液压缸20、标准力传感器19和液压加载头d 25依次固定连接成为一个整体；所述的固定底板21固定连接在与切向加载板14同侧的可移动横梁3内侧；所述的液压加载头b 22通过螺母固连在竖直加载板14上；
所述的向心加载力源装置Ⅰ与切向加载力源装置Ⅳ可沿立柱2的竖直方向上下移动，实现力的作用点的移动上下移动。
本发明的有益效果：本发明作为外界力源产生装置，所产生的外界加载力作用于装配有火箭发动机的推力矢量测试系统，通过比较压电测力仪的输出与外界加载力值的输入是否保持一致，从而检测出推力矢量测试系统的静态特性是否满足实际工程要求。采用正交加载的加载方式产生可控单向力，再根据力的合成原理将可控单向力合成可控复合力，通过将液压加载装置上下移动，即可改变力的作用点，从而使力矢量(力的大小、方向、作用点)可控。该装置作为外界加载力源，所产生的三向正交力可模拟出被测对象所受的矢量力，产生的力矩可模拟被测对象的偏航、俯仰与滚转状态。此外，本发明所产生的外界加载力可作为推力矢量测试系统的检测力，即可检定已标定推力矢量测试系统的静态性能，从而使推力矢量测试系统实现测、控、标一体化。
附图说明
图1为标定架结构图。
图2为推力矢量测试系统结构示意图。
图3为卡环12与被测模拟对象16的装配图。
图4为本发明装置结构的整体结构正视图。
图5为本发明装置结构的局部结构示意图a。
图6为本发明装置结构的局部结构示意图b。
图7为本发明装置结构的整体结构示意图。
图中：1固定横梁；2立柱；3可移动横梁；4顶部横梁；5固定脚架；6支撑架；7固定圆盘；8防护罩；9压电测力仪；10加载板；11转接法兰；12卡环；13竖直加载板；14切向加载板；15向心加载板；16被测模拟对象；17连接螺栓；18液压加载头a；19标准力传感器；20液压缸；21固定底板；22液压加载头b；23锁紧螺母；24液压加载头c；25液压加载头d；
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
轴向加载力源装置Ⅱ(由液压加载头a18、标准力传感器19、液压缸20与固定底板21组成)通过控制液压缸20的进出油可实现对推力矢量测试系统的主向力Fz加载；竖直加载力源装置Ⅲ(由液压加载头b22、标准力传感器19、液压缸20与固定底板21组成)通过控制液压缸20可实现对推力矢量测试系统的弯矩Mx，My加载；向心加载力源装置Ⅰ(由液压加载头c24、标准力传感器19、液压缸20与固定底板21组成)通过控制液压缸20可实现对推力矢量测试系统的向心力Fx，Fy加载；切向加载力源装置Ⅳ(由液压加载头d25、标准力传感器19、液压缸20与固定底板21组成)通过控制液压缸20可实现对推力矢量测试系统的切向力(即绕Z轴的弯矩Mz)加载。向心加载力源装置Ⅰ与切向加载力源装置Ⅳ均与可移动横梁3固连，故向心加载力源装置Ⅰ与切向加载力源装置Ⅳ可沿立柱2的竖直方向上下移动，即可实现力的作用点的移动上下移动。
采用正交加载的方式控制各个单向力，然后根据力的合成原理将单向力合成复合力，通过改变向心加载力源装置Ⅰ与切向加载力源装置Ⅳ的位置来控制复合力矢量。该装置作为外界加载力源，所产生的三向正交力可模拟出被测对象所受的矢量力，产生的力矩可模拟被测对象的偏航、俯仰与滚转状态。此外，本发明所产生的外界加载力可作为推力矢量测试系统的检测力，即可检定已标定推力矢量测试系统的静态性能，从而使推力矢量测试系统实现测、控、标一体化。