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发动机作为航天器动力的核心,其推力的精确性对控制飞行器的运行姿态、提高命中目标的精度等具有重大意义。通过固体推进剂产生的化学能作为能源的火箭发动机称为固体火箭发动机,已被广泛应用于火箭、导弹等的动力装置之中。因此,在发动机投入使用之前,需要一种测试系统对发动机的性能进行判定。 本文针对火箭发动机的六维力标定需求,研制了一种立式大推力压电测试系统。该测试系统具有高刚度、高固有频率、大量程等特点,保证了在对六维力进行标定时的准确性与可靠性。 介绍了压电传感器在推力测试试验中的优势,详细分析了测力仪的布置形式;对标定过程中的理论原理进行了介绍,包括推力矢量相关参数的定义,测试系统理论模型。提出了需要重点解决的关键技术和难点,为后续测试系统的结构设计以及标定实验方案设计提供基础。 根据发动机的形状尺寸和工作特点,对测试系统进行结构设计。测试系统为立式结构,在线标定时,发动机喷嘴向上。测试系统可以实现对火箭发动机力及力矩的标定,并设计模拟发动机真实推力矢量测试结构,对测试系统性能进行校验。利用ANSYS Workbench对测试系统核心结构支撑圆台的设计过程进行参数化分析,同时对其进行刚度以及固有频率的分析;对与发动机和测试系统相连接的重要装置转接架进行分析。 设计了测试系统,对力和力矩进行标定实验。实验发现,主向误差小于0.3%,侧向误差小于3%。为了减小向间干扰对测试精度的影响,通过补偿矩阵对干扰进行了数据处理,补偿效果明显。进行了模拟矢量力加载(包括45°加载和斜拉加载)试验,对测试系统性能进行验证。经测试,所研发的立式大推力压电测试系统精度高、固有频率高、刚度高,满足火箭发动机力和力矩的测试需求。