一种大型六分力测量及变角度支撑装置制造方法及图纸

一种大型六分力测量及变角度支撑装置，包括底座、六分力测量及原位校准装置、变角度装置和锁紧装置；六分力测量及原位校准装置安装在底座上，变角度装置安装在六分力测量及原位校准装置上，锁紧装置位于变角度装置的两侧；试验前，发动机安装在变角度装置上，由六分力测量及原位校准装置进行初始校准，校准完成后，锁紧装置与变角度装置的上平台锁紧固定，将试验初期高空室流场建立时发动机承受的冲击载荷传递出去，保护六分力测量及原位校准装置不被损坏，流场稳定后，锁紧装置与变角度装置之间快速解锁，变角度装置根据试验需求旋转不同的角度，由六分力测量及原位校准装置测试发动机不同角度下的力和力矩。

【技术实现步骤摘要】
一种大型六分力测量及变角度支撑装置
本专利技术应用于航天发动机在高空环境、大马赫数条件下的地面试车试验中。
技术介绍
美国、俄罗斯、日本等国类似的火箭自由射流试验设备已运行多年，所匹配的力测量装置多为单分量或三分量测力设备，未找到同时测量六分量力和力矩的设备。最有代表性是美国NASA LANGLEY8ft高温风洞，其匹配的测力设备也是纵向三分量的，即轴向力、法向力和俯仰力矩。国内有类似的预研阶段使用的设备，匹配的测力设备尺寸小、载荷测量范围小，测力使用整体式天平结构，校准要在专门研制的校正架上进行，也有仅测量推力的单分量测力设备，能实现现场校准，但能在现场进行原位校准的大载荷六分力测量设备在国内目前还没有。国内航天发动机的地面试车试验中，试验时间一般都很短，发动机大多处在水平角度，少量的带角度试验也是靠预偏装置来实现角度变化的，一次试验只能测得一个角度状态下的数据；随着发动机研制技术的发展，发动机试验时的载荷也越来越大，带偏航角状态的试验，更是带来了较大的侧向载荷，现在的试验支撑装置已不能满足发动机的研制需求。为了推进发动机研制技术的发展，要求设计一种新的变角度支撑装置，在承受大载荷的同时，在一次试验中能够快速准确连续地改变发动机试验件的角度。在冲压发动机试车台系统中，发动机、姿态控制机构和测力系统安装在模拟高速流场的高空舱内。发动机进行地面试车时，首先启动高速流场，然后再进行发动机变姿态和气动力测量。高速流场启动时会对发动机产生很大的冲击力，这个冲击力会通过固定发动机的姿态控制机构传递给下面的测力系统，过大的冲击载荷会造成元件的损坏。保护装置不但要求可靠锁紧，还必须能够在流场稳定后快速释放到指定位置，因为稳定的高速流场维持的时间只有几十秒甚至十几秒的时间，在这段时间里需要完成发动机点火、发动机变姿态以及实时的气动力测量。常用锁紧装置大致可以分为机械锁紧和液压锁紧，机械锁紧需要人工现场操作，在发动机试车过程中这是绝对禁止的，液压锁紧输出力大，能够可靠锁紧并可以实现自动控制，但是响应速度比较慢不能做到快速释放。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种应用于航天发动机地面试车的六分力测量及变角度支撑装置。本专利技术的技术解决方案是:一种大型六分力测量及变角度支撑装置，包括底座、六分力测量及原位校准装置、变角度装置和锁紧装置；六分力测量及原位校准装置安装在底座上，变角度装置安装在六分力测量及原位校准装置上，锁紧装置位于变角度装置的两侧；试验前，发动机安装在变角度装置上，由六分力测量及原位校准装置进行初始校准，校准完成后，锁紧装置与变角度装置的上平台锁紧固定，将试验初期高空室流场建立时发动机承受的冲击载荷传递出去，保护六分力测量及原位校准装置不被损坏，流场稳定后，锁紧装置与变角度装置之间快速解锁，变角度装置根据试验需求旋转不同的角度，由六分力测量及原位校准装置测试发动机不同角度下的力和力矩。所述的六分力测量及原位校准装置包括8个力发生器、固定框、浮动框和8个传力组件；其中四个传力组件垂直安装在固定框与浮动框之间，且呈方形布置；另外四个传力组件分别通过上下支撑架固定在浮动框和固定框上，且这四个传力组件轴线相对于浮动框横向安装，安装位置分别与上述方形的四个边平行；四个力发生器垂直安装在固定框与浮动框上，另外四个力发生器分别通过支撑架转接横向固定在浮动框和固定框之间，安装位置分别与上述方形的四个边平行；所述的传力组件包括工作力传感器、传力柔性梁、传力法兰；传力柔性梁一端通过螺杆与工作力传感器固定，工作力传感器直接固定在固定框上或者通过下支撑架固定在固定框上；传力柔性梁的另一端穿过传力法兰的通孔，传力法兰直接固定在浮动框上或者通过上支撑架固定在浮动框上；校准时，力发生器产生的力通过浮动框传递给工作力传感器，根据工作力传感器测量的信息实现校准；测力时，力发生器不工作，被测力通过浮动框传递给工作力传感器，根据工作力传感器测量的信息得到需要测量的力和力矩。所述的力发生器包括驱动部件、导向部件、监测元件和传力部件；所述监测元件为测力传感器；所述驱动部件包括伺服马达和螺旋升降机，其中伺服马达输出扭矩，螺旋升降机将伺服马达的旋转运动转换为螺旋升降机丝杠的轴向直线运动，由丝杠带动导向部件、检测元件和传力部件做直线运动；所述导向部件包括托盘和导向柱，固定框套在螺旋升降机的丝杠上，位于螺旋升降机上方且与螺旋升降机固定连接，托盘位于固定框上方，螺旋升降机的丝杠前端有安装用的螺纹，托盘通过中心螺纹孔旋紧在丝杠前端，导向柱的一端直接固定在固定框上或者通过支撑架转接固定在固定框上，另一端穿过托盘上预留的导向孔对托盘进行导向；测力传感器安装在托盘上；所述传力部件包括传立杆、传力销、法兰以及对称配置在法兰两端的柔性梁；柔性梁为圆柱状，沿轴向有通孔，两个柔性梁对称配置在法兰两侧，柔性梁和法兰通过定位销固定连接，传力杆穿过柔性梁的轴向通孔，传力销穿过柔性梁端部的圆孔和传力杆对应位置上的长槽孔，将柔性梁的两端与传力杆活动连接，传力杆的一端旋紧在测力传感器上，另一端穿过浮动框，通过法兰将力发生器直接固定在浮动框上或者通过支撑架转接固定在浮动框上。所述柔性梁包括固定端、自由端、第一片梁、第二片梁和基体；固定端和自由端位于基体的两端，固定端的一端与法兰通过定位销固定连接，另一端向外伸出一直U型的第一片梁，自由端的一端通过传力销与传力杆活动连接，自由端的另一端向外伸出一倒直U型的第二片梁；第一片梁与第二片梁呈十字交叉，十字交叉的部分互不接触；第一片梁的远离固定端的一端连接在基体上，第二片梁的远离自由端的一端也连接在基体上，基体上开有减重孔，以减轻整个柔性梁的重量；基体和自由端之间有缝隙，基体和固定端之间也有缝隙。所述的变角度装置包括上平台、下平台、转轴装置、弧形导轨装置和驱动装置；所述的弧形导轨装置包括弧形导轨、导轨安装座、导轨限位一、导轨限位二、滑块；弧形导轨安装在导轨安装座上，弧形导轨的两侧通过导轨限位一和导轨限位二进行限位，导轨安装座安装在下平台上，弧形导轨上的滑块与上平台连接；上平台上连接发动机试验件，下平台为整个装置的支撑，上平台的一侧通过转轴装置安装在下平台上，驱动装置连接下平台以及上平台的另一侧，通过控制驱动装置驱动上平台沿着弧形导轨绕转轴装置旋转预设的角度。所述的锁紧装置包括驱动组件、导向组件、插座组件、检测组件、锁紧头和锁紧装置基础；所述驱动组件包括伺服马达、马达安装座、螺旋升降机、升降机安装座、丝杠螺母和滑移座；所述的导向组件包括导轨挡块、锁紧螺钉、导轨座、直线导轨副；直线导轨副包括导轨和滑块，直线导轨副安装在导轨座上；插座组件安装在上平台上；锁紧头安装在滑移座上，伺服马达通过马达安装座和螺旋升降机连接，螺旋升降机通过升降机安装座固定在导轨座上，丝杠螺母套在螺旋升降机的丝杠上，丝杠螺母与滑移座连接，滑移座安装在直线导轨副的滑块上；置于导轨侧面的导轨挡块与导轨座连接，锁紧螺钉旋入导轨挡块上的螺纹孔并顶在导轨上，用于调整导轨的位置；导轨座安装在锁紧装置基础上；伺服马达输出的扭矩通过螺旋升降机的丝杠和丝杠螺母为滑移座提供动力，由滑移座带动锁紧头移动直至插入插座组件，检测组件检测滑移座的位置，将锁紧到位信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型六分力测量及变角度支撑装置，其特征在于：包括底座(100)、六分力测量及原位校准装置(200)、变角度装置(300)和锁紧装置(400)；六分力测量及原位校准装置(200)安装在底座(100)上，变角度装置(300)安装在六分力测量及原位校准装置(200)上，锁紧装置(400)位于变角度装置(300)的两侧；试验前，发动机安装在变角度装置(300)上，由六分力测量及原位校准装置(200)进行初始校准，校准完成后，锁紧装置(400)与变角度装置(300)的上平台锁紧固定，将试验初期高空室流场建立时发动机承受的冲击载荷传递出去，保护六分力测量及原位校准装置(200)不被损坏，流场稳定后，锁紧装置(400)与变角度装置(300)之间解锁，变角度装置(300)根据试验需求旋转不同的角度，由六分力测量及原位校准装置(200)测试发动机不同角度下的力和力矩。

【技术特征摘要】
1.一种大型六分力测量及变角度支撑装置，其特征在于:包括底座(100)、六分力测量及原位校准装置(200)、变角度装置(300)和锁紧装置(400)； 六分力测量及原位校准装置(200)安装在底座(100)上，变角度装置(300)安装在六分力测量及原位校准装置(200)上，锁紧装置(400)位于变角度装置(300)的两侧；试验前，发动机安装在变角度装置(300)上，由六分力测量及原位校准装置(200)进行初始校准，校准完成后，锁紧装置(400)与变角度装置(300)的上平台锁紧固定，将试验初期高空室流场建立时发动机承受的冲击载荷传递出去，保护六分力测量及原位校准装置(200)不被损坏，流场稳定后，锁紧装置(400)与变角度装置(300)之间解锁，变角度装置(300)根据试验需求旋转不同的角度，由六分力测量及原位校准装置(200)测试发动机不同角度下的力和力矩。2.根据权利要求1所述的一种大型六分力测量及变角度支撑装置，其特征在于:所述的六分力测量及原位校准装置(200)包括8个力发生器、固定框(9)、浮动框(10)和8个传力组件； 其中四个传力组件垂直安装在固定框(9)与浮动框(10)之间，且呈方形布置；另外四个传力组件分别通过上下支撑架固定在浮动框(10)和固定框(9)上，且这四个传力组件轴线相对于浮动框(10)横向安装，安装位置分别与上述方形的四个边平行；四个力发生器垂直安装在固定框(9)与浮动框(10)上，另外四个力发生器分别通过支撑架转接横向固定在浮动框(10)和固定框(9)之间，安装位置分别与上述方形的四个边平行； 所述的传力组件包括工作力传感器(123)、传力柔性梁(124)、传力法兰(125);传力柔性梁(124) —端通过螺杆与工作力传感器(123)固定，工作力传感器(123)直接固定在固定框(9)上或者通过下支撑架固定在固定框(9)上；传力柔性梁(124)的另一端穿过传力法兰(125)的通孔，传力法兰(125)直接固定在浮动框(10)上或者通过上支撑架固定在浮动框(10)上； 校准时，力发生器产生的力通过浮动框(10)传递给工作力传感器(123)，根据工作力传感器(123)测量的信息实现校准；测力时，力发生器不工作，被测力通过浮动框(10)传递给工作力传感器(123)，根据工作力传感器(123)测量的信息得到需要测量的力和力矩。3.根据权利要求2所述的一种大型六分力测量及变角度支撑装置，其特征在于:所述的力发生器包括驱动部件、导向部件、监测元件和传力部件；所述监测元件为测力传感器(25)； 所述驱动部件包括伺服马达(28)和螺旋升降机(27)，其中伺服马达(28)输出扭矩，螺旋升降机(27)将伺服马达的旋转运动转换为螺旋升降机丝杠的轴向直线运动，由丝杠带动导向部件、检测元件和传力部件做直线运动； 所述导向部件包括托盘(29)和导向柱(26)，固定框(9)套在螺旋升降机(27)的丝杠上，位于螺旋升降机(27)上方且与螺旋升降机(27)固定连接，托盘(29)位于固定框(9)上方，螺旋升降机(27)的丝杠前端有安装用的螺纹，托盘(29)通过中心螺纹孔旋紧在丝杠前端，导向柱(26)的一端直接固定在固定框(9)上或者通过支撑架转接固定在固定框(9)上，另一端穿过托盘(29)上预留的导向孔对托盘(29)进行导向；测力传感器(25)安装在托盘(29)上； 所述传力部件包括传立杆(23)、传力销(21)、法兰(22)以及对称配置在法兰两端的柔性梁(24)； 柔性梁(24)为圆柱状，沿轴向有通孔，两个柔性梁(24)对称配置在法兰(22)两侧，柔性梁(24)和法兰(22)通过定位销固定连接，传力杆(23)穿过柔性梁(24)的轴向通孔，传力销(21)穿过柔性梁(24)端部的圆孔和传力杆(23)对应位置上的长槽孔，将柔性梁(24)的两端与传力杆(23)活动连接，传力杆(23)的一端旋紧在测力传感器(25)上，另一端穿过浮动框(10)，通过法兰(22)将力发生器直接固定在浮动框(10)上或者通过支撑架转接固定在浮动框(10)上。4.根据权利要求2所述的一种大型六分力测量及变角度支撑装置，其特征在于:所述柔性梁(24)包括固定端(241)、自由端(242)、第一片梁(243)、第二片梁(244)和基体(245)； 固定端(241)和自由端(242)位于基体(245)的两端，固定端(241)的一端与法兰(22)通过定位销固定连接，另一端向外伸出一直U型的第一片梁(243)，自由端(242)的一端通过传力销(21)与传力杆(23)活动连接，自由端(242)的另一端向外伸出一倒直U型的第二片梁(244);第一片梁(243)与第二片梁(244)呈十字交叉，十字交叉的部分互不接触；第一片梁(243)的远离固定端(241)的一端连接在基体(245)上，第二片梁(244)的远离自由端(242)的一端也连接在基体(245)上，基体(245)上开有减重孔(246)...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙侃，郎卫东，郑芳，刘丹，赵金海，皮组成，曾令民，杨中艳，武家陶，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11