一種伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹除力測(cè)量裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于力學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹除力測(cè)量裝置及 其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行器飛行過程中，伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹除時(shí)產(chǎn)生的吹除力為飛行器飛行擾動(dòng)力， 送個(gè)擾動(dòng)力為控制系統(tǒng)應(yīng)該考慮的激勵(lì)力之一，卻一直沒有進(jìn)行實(shí)測(cè)過，而采用流體力學(xué) 由流體密度、流速等參數(shù)估計(jì)出來(lái)。由于W往型號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)余量大，伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹 除力一般為小量，吹除力設(shè)計(jì)的允許誤差稍大。但隨著型號(hào)精細(xì)化設(shè)計(jì)要求的提出，各種載 荷參數(shù)需要準(zhǔn)確控制，必須準(zhǔn)確獲得伺服機(jī)構(gòu)排焰管的吹除力，作為擾動(dòng)載荷提供給控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參數(shù)。
[0003] 吹除力可采用理論計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)量?jī)煞N方法獲取。第一種方法為理論計(jì)算法，根 據(jù)動(dòng)量定理和垂直射流的特點(diǎn)，流體的射流作用力F:
[0004]
。）
[0005] 其中；D為噴口直徑；P為流體密度；V為流體速度。
[0006] 對(duì)排焰管口的噴口直徑D可W通過直接測(cè)量得到；流體密度P可W估算出來(lái)，但 存在誤差；流體速度V為估算出來(lái)，存在誤差，因而由式（1)計(jì)算出的吹除力F存在累積誤 差，送種誤差一般較難給定，因而工程中往往把余量放大，屬于粗放設(shè)計(jì)。根據(jù)理論計(jì)算得 到的吹除力誤差達(dá)50%左右，難W滿足型號(hào)精細(xì)化設(shè)計(jì)的要求。
[0007] 第二種方法為試驗(yàn)測(cè)量法，通過設(shè)計(jì)測(cè)量裝置，把吹除力F測(cè)量出來(lái)。測(cè)量法可有 不同設(shè)計(jì)，為了準(zhǔn)確測(cè)量吹除力F，伺服機(jī)構(gòu)不能采用固定狀態(tài)，而為懸空牽制狀態(tài)，伺服機(jī) 構(gòu)的重量必能在測(cè)量中體現(xiàn)出來(lái)。由于伺服機(jī)構(gòu)重必不在排焰管吹除力作用方向上，即伺 服機(jī)構(gòu)重力作用線與吹除力作用線不重合，則在吹除時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，因而試驗(yàn)設(shè) 計(jì)時(shí)，需要同時(shí)考慮平衡伺服機(jī)構(gòu)重力、吹除力和兩者之間的力矩。送要求測(cè)量系統(tǒng)能單獨(dú) 平衡伺服機(jī)構(gòu)重力，同時(shí)也能平衡重力和吹除力的共同作用，送意味著測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有 自平衡的能力。送種方法工作量較大，處理復(fù)雜，并且處理得到的吹除力誤差仍在10%左 右，難W滿足精細(xì)化設(shè)計(jì)要求。針對(duì)W上技術(shù)的缺點(diǎn)，需要提出一種操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高 的伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹除力測(cè)量裝置和方法，在吹除力測(cè)量中推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹除力測(cè) 量裝置及其使用方法。
[0009] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹除力測(cè)量裝置，包括連接工裝、拉線、力傳感器、吊葫蘆和 固定框架；
[0011] 在固定框架的頂面固定有Η個(gè)吊葫蘆，用于調(diào)整安裝在吊葫蘆上的拉線的長(zhǎng)度；
[0012] 連接工裝用于連接伺服機(jī)構(gòu)與拉線，并且使拉線垂直；連接工裝與拉線的連接點(diǎn) 高于伺服機(jī)構(gòu)的重必和排焰管的管口，且位于伺服機(jī)構(gòu)的輪廓線外側(cè)；
[0013]Η組拉線上端分別與固定框架上安裝的吊葫蘆連接，拉線下端與連接工裝連接； 拉線為垂直的Η條垂線，伺服機(jī)構(gòu)的重必和排焰管的管口位于Η條垂線形成的Η棱柱內(nèi)； 調(diào)節(jié)拉線的高度，使得伺服機(jī)構(gòu)的排焰管的管口垂直向上；
[0014] 每組拉線中串入一只力傳感器；力傳感器用于測(cè)量拉力，共有Η只力傳感器，分別 串入Η組拉線中；用一臺(tái)穩(wěn)壓電源給Η只力傳感器同時(shí)供電，力傳感器的輸出信號(hào)由一臺(tái) 信號(hào)采集器進(jìn)行記錄。
[0015] 所述連接工裝為兩件，即單連接工裝和雙連接工裝，單連接工裝的一端與伺服機(jī) 構(gòu)連接，另一端連接拉線Α，雙連接工裝為"了"字型，下部與伺服機(jī)構(gòu)連接，上部的兩端分別 與拉線Β和拉線C連接。
[0016] 所述連接工裝為Η件，每件連接工裝的一端連接一組拉線，另一端分別與伺服機(jī) 構(gòu)連接。
[0017] 所述拉線材料為鋼絲繩。
[0018] 所述每根拉線的拉伸強(qiáng)度為伺服機(jī)構(gòu)的重量與吹除力之和的兩倍或兩倍W上。
[0019] 所述力傳感器的量程為伺服機(jī)構(gòu)重量與吹除力之和的1. 5倍。
[0020] 上述伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹除力測(cè)量裝置的使用方法依次包括如下步驟：
[0021] 步驟1.伺服機(jī)構(gòu)通過連接工裝接入測(cè)量裝置中；
[0022] 步驟2.通過調(diào)整吊葫蘆伸縮，使得排焰管的管口平面處于水平狀態(tài)；
[0023] 步驟3.開啟穩(wěn)壓電源和信號(hào)采集器，檢查確認(rèn)測(cè)量信號(hào)無(wú)干擾；
[0024] 步驟4.根據(jù)信號(hào)采集器獲得的Η個(gè)力傳感器的數(shù)據(jù)fA、fe和fc，計(jì)算伺服機(jī)構(gòu)和 連接工裝的總質(zhì)量G，計(jì)算公式為G=fA+fe+fe，然后關(guān)閉穩(wěn)壓電源和信號(hào)采集器；
[0025] 步驟5.使用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊掛在伺服機(jī)構(gòu)上進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定，獲得測(cè)量精度；
[0026] 步驟5. 1將標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊掛在伺服機(jī)構(gòu)上，開啟穩(wěn)壓電源和信號(hào)采集器，進(jìn)行數(shù)據(jù) 義集；
[0027] 步驟5. 2根據(jù)獲得的Η個(gè)力傳感器的數(shù)據(jù)f/、fe'和fc'計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊的質(zhì)量 G，，G，=f/ +fe，+fc，-G;
[0028] 步驟5. 3比較標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊的質(zhì)量和步驟5. 2獲得的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊的質(zhì)量G'，獲得本 測(cè)量裝置的測(cè)量精度；
[0029] 步驟5. 4如果步驟5. 3得到的測(cè)量精度不滿足試驗(yàn)要求，調(diào)整力傳感器和信號(hào)采 集器的量程，并調(diào)整拉線保證拉線的垂直度，再次返回步驟5. 1，重新測(cè)量本裝置的測(cè)量精 度，直到滿足試驗(yàn)要求；
[0030] 步驟6.開展正式試驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0031] 步驟6. 1開啟穩(wěn)壓電源使本測(cè)量裝置通電，穩(wěn)定后，啟動(dòng)信號(hào)采集器記錄力傳感 器的數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0032] 步驟6. 2打開氣源，使氣體通過排氣口進(jìn)入伺服機(jī)構(gòu)，然后從排焰管的管口排出， 待獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)穩(wěn)定一段時(shí)間后，停止通氣；
[0033] 步驟6. 3信號(hào)采集器停止記錄，檢查確認(rèn)信號(hào)品質(zhì)良好，得到Η個(gè)力傳感器的數(shù) 據(jù)Fa、Fb和Fc;
[0034] 步驟7.采用步驟6. 3得到的Η個(gè)力傳感器的數(shù)據(jù)和步驟4得到的伺服機(jī)構(gòu)和連 接工裝的總質(zhì)量G進(jìn)行計(jì)算，得到吹除力的數(shù)據(jù)，計(jì)算公式為吹除力F=Fa+Fb+Fc-G。
[0035] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0036] 針對(duì)W上技術(shù)的缺點(diǎn)，本項(xiàng)發(fā)明提出伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹除力測(cè)量裝置及其使用方 法，通過把吹除力方向、拉力方向統(tǒng)一到重力的垂直方向，巧妙地利用Η根垂向拉力自平衡 原理直接獲得伺服機(jī)構(gòu)重力和吹除力F之和，減去已知的重力便得吹除力F。本方法具有操 作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，在吹除力測(cè)量中可W推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明測(cè)量裝置和方法的原理示意圖；
[003引圖2為本發(fā)明測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明測(cè)量裝置實(shí)施例的試驗(yàn)結(jié)果；
[0040] 圖中：
[0041] 1-連接工裝、1-1單連接工裝、1-2雙連接工裝、2-拉線、2-1拉線Α、2-2拉線Β、2-3 拉線C、3-力傳感器、4-吊葫蘆、5-固定框架、6-伺服機(jī)構(gòu)、7-進(jìn)氣口、8-排焰管。
[0042] 圖中箭頭表示拉力和吹除力的方向。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的描述。
[0044]本實(shí)施例提供了一種伺服機(jī)構(gòu)排焰管吹除力測(cè)量裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括 連接工裝1、拉線2、力傳感器3、吊葫蘆4和固定框架5。
[0045]固定框架5為長(zhǎng)寬各2米高3米的鋼制框架，用于固定吊葫蘆4、H組拉線2和支 撐本測(cè)量裝置；在固定框架5的頂面固定有Η個(gè)吊葫蘆4,用于調(diào)整安裝在吊葫蘆4上的拉 線2的長(zhǎng)度己個(gè)吊葫蘆4的安裝位置分別為A點(diǎn)、Β點(diǎn)和C點(diǎn)，其連接的拉線2分別為拉 線A2-1、拉線B2-2、拉線C2-3 ;
[0046] 連接工裝1用于連接伺服機(jī)構(gòu)6與拉線2,并且使拉線2垂直；連接工裝1與拉線 2的連接點(diǎn)均高于伺服機(jī)構(gòu)6的重必和排焰管8的管口，且位于伺服機(jī)構(gòu)6的輪廓線外側(cè)； 連接工裝1可W為兩件，即單連接工裝1-1和雙連接工裝1-2,單連接工裝1-1的一端與伺 服機(jī)構(gòu)6連接，另一端連接拉線A2-1，雙連接工裝1-2為"了"字型，下部與伺服機(jī)構(gòu)6連 接，上部的兩端分別與拉線B2-2和拉線C2-3連接；連接工裝1也可W為Η件，每件連接工 裝1的一端連接一組拉線2,另一端分別與伺服機(jī)構(gòu)6連接；
[0047]Η組拉線2上端分別與固定框架5上安裝的吊葫蘆4連接，拉線2下端與連接工 裝1連接；拉線2為垂直的Η條垂線，伺服機(jī)構(gòu)6的重必和排焰管8的管口位于Η條垂線形 成的Η棱柱內(nèi)；調(diào)節(jié)拉線2的高度，使得伺服機(jī)構(gòu)6的排焰管8的管口垂直向上；拉線2材 料可為鋼絲繩；每根拉線2的拉伸強(qiáng)度為伺服機(jī)構(gòu)6的重量與吹除力之和的兩倍W上；根 據(jù)伺服機(jī)構(gòu)6和連接工裝1總重量估計(jì)為200Ν，吹除力估計(jì)值最大為127Ν;
[0048] 每組拉線2中串入一只力傳感器3;力傳感器3用于測(cè)量拉力，共有Η只力傳感器 3,分別串入Η組拉線2中；力傳感器3的量程為伺服機(jī)構(gòu)