火箭发动机推力矢量测量理论、方法与自动测试技术研究

论文在广泛吸收国内外研究成果的基础上,借助理论分析、工程实现和试验验证等手段,对火箭发动机地面试验中的推力矢量测量理论与方法以及自动测试技术进行了系统深入的研究,取得了一系列研究成果。 在推力矢量测量理论方面,分析了六分力模型及六分力试车台存在的问题,研究了六分力模型的方程求解方法;建立了推力矢量测量九分力模型,提出了弧形轨的设计思想,解决了九分力模型方程求解问题。 在推力矢量试车台设计方面,设计了自动液压原位校准系统、原位校准方案以及大刚度万向柔性组合支撑;采用“万向柔性组合支撑+软件数字滤波”的方案,提高了试车台动架的固有频率,解决了试车台动架的振动问题;提出了动架约束互扰问题的解决方法,推导了互扰修正方程;研究了九分力推力矢量测量误差分析方法,并计算了推力矢量测量精度。 在九分力推力矢量试车台上成功地进行了一次大型固体火箭发动机地面热试车,得到了满意的试验结果,验证了九分力模型的合理性和九分力推力矢量试车台设计的可行性。研究表明,九分力模型和九分力推力矢量试车台提高了推力矢量测量的精度,适合用于测量大型固体火箭发动机的推力矢量。 在火箭发动机地面试验自动测试技术理论方面,在典型自动测试系统(ATS)的体系结构和相关标准的基础上,建立了火箭发动机地面试验测试行为模型、ATS数据模型、数据库模型和通用仪器驱动模型,然后,建立了面向火箭发动机地面试验的开放式柔性ATS体系结构软硬件模型。 在火箭发动机地面试验自动测试技术工程应用方面,研究了ATS系统软件设计方法,利用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW开发了基于Windows操作系统和Microsoft Access数据库的ATS通用系统软件;提出了以标准配置集成方式组建基本型通用ATS的思想,采用“VXI(或PXI)+PLC”的方案,组建了面向火箭发动机地面试验的基本型通用ATS。 将基本型通用ATS应用到不同类型的固体火箭发动机、燃气发生器和压力恢复系统地面试验中。经过近千次试验考核,系统满足试验需求,达到了预期设计目标。试验验证了开放式柔性ATS体系结构的合理性和基本型通用ATS设计的可行性。基本型通用ATS的实现,为火箭发动机地面试验建立了通用测试平台。