多分力测量.

多分力测量多分力测量•包括：推力矢量控制中的控制力测量和发动机推力偏心测量•通过测量发动机工作产生的轴向推力和侧向力间接求得•测量系统是多自由度系统，但可认为是一个线性系统•利用合成方法给出测量结果1控制力测量•发动机控制力和力矩的大小和方向是随控制指令变化而变化，多分力测量的任务是正确给出控制力和力矩•一般先测量出三分力或六分力，再按照传感器的配置方式，采用相应的计算公式，将原始数据合成，得到控制力和力矩•推力矢量控制指令是一些频率和幅值已知的正弦波、三角波和方波，控制力也是相应的波形，幅值和频率是控制指令的函数•静力学观点看，一个刚体的平衡应该有六个约束——三个轴线方向的力和绕三个轴的力矩，作用结果是合力和合力矩•很容易合成静态力和力矩，但发动机受的控制力是随时间变化的动态力，必须考虑测量系统的动态相应2推力偏心测量•发动机工作理想状态是主推力作用线与发动机中心线重合。但由于种种原因，可能产生推力偏心•原因：发动机几何尺寸公差，推进剂不均匀，装药不均衡，燃烧时发动机质心偏移，喷管高温高压变形，喷管喉部烧蚀不均匀，燃气的气动力偏心•推力偏心的变化频率大大高于推力矢量控制信号的频率，其值比控制力小很多，测量难度更高•多分力测量的方法是六分力测量，也可用三分力测量•发动机安装方式有立式安装和卧式安装。由于发动机质量变化造成对侧向力测量影响小，垂直安装精度更高两种常用的力传感器配置方案图引起推力偏心测量误差•小量程传感器的精度差•传感器安装的偏移与偏斜•传感器、发动机与推力架连接部位的反作用力•发动机工作时的变形•发动机质心偏离中心线•信号传输与记录的误差•计算公式误差•推力偏心的测量结果，是测量的各分力按一定的计算公式给出偏心角和偏心距•产生偏心的干扰源大多是随机的，发动机每次试验结果不会重复•严格说，采用合成方法给出偏心量是不合理的•最好是按照随机信号的处理方法，给出偏移与偏斜的概率密度函数或概率分布函数提高测量精度的措施•对试车架和挠性连接件进行优化设计，减小各分力之间的交联影响，提高试车架静态校准精度•选用高精度传感器，合理选择传感器量程•改进安装方法，减小安装带来的误差•进行动态校准，确定动态特性•对各分力测量数据进行补偿•采用多分力传感器，可简化测量系统，容易对全系统进行动态校准3多分力试车架•6分力试车架利用刚体平衡原理，适当布置约束，以限制发动机的6个自由度（3个移动自由度和3个转动自由度），使之处于静定平衡状态•每一约束均由带传感器的测力组件来承担，通过挠性件将相互间的干扰减至最小•试车测得6个约束承受的6个分力•根据6个分力的作用点和方向进行空间向量合成，求出推力向量大小、方向和作用点测量推力偏心的立式6分力试车架测量•选O-XYZ直角坐标系，以F1和F6两传感器的理论轴线交点为坐标原点•F1传感器的理论轴线为X轴，F6传感器的理论轴线为Z轴•通过O点平行于F2和F3的轴线为Y轴，安装传感器的方向为各坐标轴的正方向•H、R为台架结构尺寸•选坐标原点为力的简化中心，设主矢量和主力矩各为:F（FX,FY,FZ）,M（MX,MY,MZ）•空间力系的平衡条件是主矢量和主力矩分别在3个坐标轴上的投影同时为0，即•由此可得到各分力和分力矩的计算公式式中F1、F2、…F6——传感器测得的6个分力（N）FX、FY、FZ——主矢量在3个坐标轴上的投影（N）MX、MY、MZ——主矩在3个坐标轴上的投影（N﹒m）M——发动机和动架的质量（kg）g——重力加速度•主矢量值为：•主力矩值为：•推力偏心夹角γ是指发动机实际推力作用线L与发动机几何中心轴线间的夹角，由下式求出（见下图）发动机推力偏心角与推力偏心距示意图•推力偏心距ρ有三种情况：1）通过发动机质心C（0,0,zc）作垂直于发动机几何中心线的横截面π，与发动机的实际推力作用线L相交于D（ρx,ρx,zc），C点和D点之间的连线即推力偏心距ρ2）发动机质心点C（0,0,zc）与发动机实际推力作用线L之间的垂直距离CE•以上2个定义是一致的，都反映了推力对质心的力矩值，其有时表现为翻转力矩，有时表现为稳定控制力矩3）发动机的几何中心线与发动机实际推力作用线间的最短距离•ρ的计算公式如下：•根据定义的不同，z0值不同，前2种情况的z0即是质心点C的z轴坐标zc，一般由发动机设计单位给出。•按第三个定义时，z0由下式计算卧式三分力试车测量示意图•用来测量推力矢量控制机构产生的姿态控制力。•利用各力对O点的力矩之和等于零的等式，求出推力向量控制力FC的大小•或立式六分力试车架结构简图4六分力试车架设计载荷•对于常规试车架，以任务书给出最大推力作为设计载荷•对于卧式六分力试车架，当给定轴向力FZ和侧向力FC及有关尺寸，根据力的平衡关系计算出六个分力的设计载荷24121123231342451346L=LL(1)L1L1(1)()2L2L()LcccczFFFFLFFFMgLLLFFMgLLFFM－发动机-动架组合体的质量（㎏）g－当地重力加速度（m∕s2）L1,…,L4－试车架结构尺寸（m）•对于立式六分力试车架测推力偏心时，一般给出允许的推力偏心角及推力偏心距，推力F及质量M•利用力的平衡关系可求出六个分力的设计载荷631323445cossincos()1sincos()2sincos()FMgLFFHLFFFHLFFFHL3－发动机质心C与F4之间的距离（m）L4－发动机质心C与F1之间的距离（m）H－试车架结构尺寸（m）•当测量姿态控制力矩时，一般给定Fc及L2，则可得到621223245(1)1(1)2zcccFFMgLFFHLFFFHLFFFHFc－发动机的侧向控制力（可能沿x方向作用亦可能沿y方向作用）L2－发动机的侧向力作用点到xoy平面间的距离•在确定设计载荷时，要考虑可能出现的初始大侧向力。•在一些大膨胀比喷管的发动机地面试验中，都发生过这种大大超过正常值的瞬间大侧向力，并造成了某些零部件和侧向力传感器的损坏。这是由于启动瞬间燃气流在喷管内不对称分离造成的。•为了避免造成零部件损坏，可适当加大侧向力传感器的量程，亦可设计过载保护装置。