姿控火箭发动机推力测试系统温度影响研究

论文摘要

随着空间技术的不断发展,对火箭发动机推力测试精度也提出了越来越高的要求。而保证小推力发动机推力测量精度的难点就在于降低环境干扰,特别是温度的影响。火箭发动机喷发产生的热量对测试系统和传感器都有一定的影响,尤其是瞬变的温度对传感器零点温漂的影响更是不能忽视。因此,研究温度对测试系统影响有重要的意义。本文介绍了研制的小力值推力测试平台及静、动态标定系统,通过理论分析确定温度影响因素,并采用有限元模拟分析和试验分析的方法,研究了热传导及温度场对测试系统的影响,得出温度对测试系统的影响规律,根据分析结果确定解决温度影响的方案。测试系统的核心是两个单向压电石英传感器,经过转接架将推力转换成压力作用于测力平台,输出电压即为推力大小。热试车试验时,热量传到转接架前法兰处约80℃,真空舱内温度上升到50℃左右。通过理论分析知:温度对测试系统的影响主要是对机械结构的影响。采用有限元方法对转接架及测试平台进行热力学分析,得出温度、应力分布及变形情况,分析了对传感器的影响规律。设计的热传导及环境温升试验,检测温度对传感器漂移及灵敏度的影响,验证了有限元分析结果。在热传导情况下对系统进行静态、动态标定试验,观测对标定试验的影响。根据理论和试验分析的结果确定解决温度影响方案:连接隔热板、整体水冷防护、密封测试平台,并对隔热方案进行了试验及性能分析。试验及分析结果表明,所研制的推力测试系统能够达到实际工作要求,达到了预期的设计目标;对温度影响所做的分析合理,解决方案切实可行,为测试系统的热试车试验提供了可靠的依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文选题来源
• 1.2 论文的研究背景
• 1.2.1 火箭发动机推力测试研究现状
• 1.2.2 姿控火箭发动机推力测试研究存在的问题
• 1.3 论文的主要工作
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 论文的组织结构
• 2 总体方案设计
• 2.1 测试系统设计要求及测试难点
• 2.1.1 测试系统性能及环境要求
• 2.1.2 姿控火箭发动机推力测试的难点
• 2.2 推力测试系统的搭建
• 2.2.1 推力测试系统设计原理及构成
• 2.2.2 测力系统装置结构
• 2.2.3 推力测试系统的特点
• 2.3 测试系统干扰分析
• 2.3.1 测试系统精度干扰因素分析
• 2.3.2 研究温度影响的意义
• 2.4 温度对测试系统影响因素的确定
• 2.5 本章小结
• 3 测试系统温度影响理论分析
• 3.1 ANSYS热分析与耦合分析的相关概念
• 3.1.1 热分析的基础知识
• 3.1.2 耦合分析的介绍
• 3.2 测力平台温升的热力学分析
• 3.2.1 测力平台结构设计及标定分析
• 3.2.2 50℃环境对测力平台的影响
• 3.2.3 10N力作用下50℃温升影响分析
• 3.3 测试系统热传导热力学分析
• 3.3.1 转接架的结构的设计与选择
• 3.3.2 热传导对系统温度及应变的影响
• 3.3.3 10N力作用下热传导分析
• 3.4 本章小结
• 4 测试系统温度影响试验分析
• 4.1 50℃环境试验及结果分析
• 4.1.1 室温上升到50℃传感器的漂移试验及分析
• 4.1.2 50℃环境下测试平台标定试验及分析
• 4.1.3 温升及50℃环境下测力平台灵敏度影响试验
• 4.2 热传导试验及分析
• 4.2.1 热传导试验连接结构设计
• 4.2.2 热传导过程传感器漂移试验
• 4.2.3 热传导情况下静态标定及分析
• 4.2.4 热传导情况下动态标定及分析
• 4.3 本章小结
• 5 温度影响解决方案及性能分析
• 5.1 连接隔热板
• 5.1.1 传热过程和热阻的概念
• 5.1.2 隔热板材料的选择
• 5.1.3 隔热板的形状、连接位置及个数
• 5.1.4 加隔热板后热传导试验
• 5.2 整体水冷防护
• 5.2.1 水流隔热屏结构设计及与系统连接方式
• 5.2.2 对流换热的概念及水冷隔热屏性能分析
• 5.2.3 水流隔热屏对流换热计算
• 5.3 密封传感器平台
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 部分实物图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢