论文题目: 火箭发动机推力矢量测量理论、方法与自动测试技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 航空宇航科学与技术
作者: 李海涛
导师: 王振国
关键词: 火箭发动机地面试验,推力矢量测量,六分力模型,九分力模型,九分力推力矢量试车台,开放式柔性体系结构,基本型通用
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 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。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 固体火箭发动机推力矢量测量技术发展综述
1.2.1 推力矢量测量的基本概念
1.2.2 推力矢量测量的关键技术
1.2.3 推力矢量测量技术发展现状
1.2.4 存在的问题
1.3 火箭发动机地面试验自动测试技术发展综述
1.3.1 自动测试技术发展现状
1.3.2 自动测试技术发展趋势
1.3.3 自动测试技术中的关键技术
1.3.4 自动测试技术在我国火箭发动机地面试验中的发展与应用现状
1.4 本文主要研究内容
第二章 推力矢量测量六分力模型和九分力模型研究
2.1 引言
2.2 六分力模型研究
2.2.1 六分力模型简介
2.2.2 六分力模型及试车台存在的问题分析
2.2.3 六分力模型求解方法研究
2.3 九分力模型研究
2.4 发动机受力分析
2.4.1 X方向传感器作用力
2.4.2 Y方向传感器作用力
2.4.3 Z方向传感器作用力
2.4.4 发动机重力计算
2.5 九分力模型参数求解
2.5.1 推力矢量以及重力作用线计算
2.5.2 推力偏心角计算
2.5.3 推力偏心距计算
2.5.4 主推力及主推力力矩估计
2.6 九分力模型及试车台的特点
2.7 小结
第三章 九分力推力矢量试车台设计及误差分析
3.1 引言
3.2 九分力推力矢量试车台设计
3.2.1 试车台设计原则
3.2.2 试车台组成
3.2.3 万向柔性组合支撑设计
3.2.4 试车台的定位与调试
3.2.5 自动液压原位校准系统设计
3.3 试车台固有频率分析
3.3.1 主推力方向固有频率计算
3.3.2 重力方向固有频率计算
3.3.3 水平侧向力方向固有频率计算
3.4 万向柔性组合支撑互扰问题研究
3.5 推力矢量测量误差分析
3.5.1 误差分析方法
3.5.2 误差来源分析
3.5.3 误差分析
3.6 推力矢量测量误差计算
3.6.1 发动机推力测量误差计算
3.6.2 推力偏心角测量误差计算
3.6.3 推力偏心距测量误差计算
3.7 地面试验数据处理
3.7.1 X、Y、Z三个方向的推力曲线
3.7.2 发动机推力矢量曲线
3.7.3 推力偏心角和推力偏心距曲线
3.8 小结
第四章 ATS体系结构分析
4.1 引言
4.2 ATS体系结构硬件模型与标准分析
4.2.1 ATS体系结构硬件模型分析
4.2.2 ATS体系结构硬件标准分析
4.3 ATS体系结构软件模型与标准分析
4.3.1 ATS体系结构软件模型分析
4.3.2 ATS体系结构软件标准分析
4.4 开放式柔性ATS体系结构软硬件模型
4.5 小结
第五章 开放式柔性ATS体系结构研究
5.1 引言
5.2 测试行为模型设计
5.2.1 测试行为分析与描述
5.2.2 测量行为模型
5.2.3 控制行为模型
5.3 ATS硬件模型设计
5.3.1 测试系统硬件结构分析
5.3.2 层次化的ATS硬件模型设计
5.4 数据模型与数据库模型设计
5.4.1 ATS所涉及的数据分析
5.4.2 外部数据分析与模型设计
5.4.3 内部数据分析与模型设计
5.4.4 系统数据库模型设计
5.5 通用仪器驱动模型设计
5.5.1 测量设备通用驱动模型和程序设计
5.5.2 控制设备通用驱动模型和程序设计
5.6 ATS软件模型设计
5.6.1 结构模型设计
5.6.2 逻辑模型设计
5.7 小结
第六章 ATS系统软件设计方法研究
6.1 引言
6.2 系统软硬件平台选择
6.2.1 ATS系统软件开发平台选择
6.2.2 计算机和操作系统选择
6.2.3 数据库引擎选择
6.3 系统数据库设计
6.3.1 数据库逻辑物理模型设计
6.3.2 数据库框架设计
6.4 系统软件设计
6.4.1 软件功能分析与设计
6.4.2 操作流程分析与设计
6.4.3 ATS系统软件功能引擎设计
6.5 小结
第七章 基本型通用ATS设计实现与应用
7.1 引言
7.2 基本型通用ATS设计
7.2.1 系统总体设计
7.2.2 信号传输方式设计
7.2.3 现场接口机柜设计
7.2.4 测试转接机柜设计
7.2.5 测量分系统设计
7.2.6 控制分系统设计
7.2.7 ATS通用系统软件设计
7.3 可靠性与安全设计
7.3.1 可靠性设计
7.3.2 抗干扰设计
7.3.3 安全性设计
7.4 基本型通用ATS的工程应用
7.4.1 在固体火箭发动机地面试验中的应用
7.4.2 在燃气发生器地面试验中的应用
7.4.3 基本型通用ATS的特点
7.5 小结
第八章 结束语
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文、著作及撰写的报告
攻读博士学位期间参与的科研项目
作者简介
发布时间: 2006-09-14
参考文献
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