【摘要】：冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)是目前小衛(wèi)星上技術(shù)最成熟的推進(jìn)方式,微推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)微推力測(cè)試技術(shù)的不斷進(jìn)步。目前測(cè)試系統(tǒng)較多采用的扭擺、天平、懸臂等測(cè)試方法,測(cè)量精度有待提高,而且測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。為了解決上述問題,本文設(shè)計(jì)了基于立式測(cè)力法的冷氣微推力器測(cè)試系統(tǒng),并對(duì)推力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)冷氣微推力器推力特性進(jìn)行理論研究,為測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。首先對(duì)微推力器結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行介紹,通過對(duì)噴管內(nèi)的氣體流動(dòng)進(jìn)行分析,得出基于推力系數(shù)的推力計(jì)算公式,理論研究微推力器在地面及真空條件下的推力性能。根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)性能指標(biāo)和理論研究結(jié)果,設(shè)計(jì)了冷氣微推力器測(cè)試系統(tǒng),系統(tǒng)包括微推力測(cè)試臺(tái)架系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過力傳感器直接測(cè)量推力,設(shè)計(jì)了角度可調(diào)節(jié)測(cè)力裝置和立式測(cè)力裝置。為了對(duì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行采集并處理,設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集軟件,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、保存、調(diào)取、報(bào)表、濾波等處理。對(duì)冷氣微推力器的推力特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,通過改變總壓P0和背壓pa,實(shí)驗(yàn)研究冷氣微推力器的地面及真空條件下的推力特性。N2和NH3的地面推力始終保持相似,根據(jù)推力系數(shù)和真空度的測(cè)量方法得到出絕對(duì)真空推力。與地面推力相比,真空推力增大一倍,NH3的閃蒸射流現(xiàn)象提高推力10%～15%。通過測(cè)量電流變化得到響應(yīng)時(shí)間,不同推進(jìn)工質(zhì)對(duì)響應(yīng)時(shí)間影響區(qū)別不大,保護(hù)回路中串聯(lián)穩(wěn)壓二極管對(duì)改善動(dòng)態(tài)特性的作用大于電阻。對(duì)推力測(cè)量實(shí)驗(yàn)的誤差進(jìn)行分析,通過標(biāo)定得到壓力傳感器的總誤差為0.39%。分析推力測(cè)量裝置靜態(tài)指標(biāo),標(biāo)定方法帶來的誤差為0.48%,靜態(tài)指標(biāo)帶來的誤差為0.25%。分析影響測(cè)量實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源,得到推力測(cè)量裝置帶來的誤差為0.54%,微推力測(cè)試系統(tǒng)的總誤差為0.94%,滿足測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求。微推力測(cè)試系統(tǒng)的總誤差低于1%,測(cè)量精度相對(duì)以往有較大提高。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V433.9
【圖文】：

在氣體泄露的隱患，高壓氣瓶造價(jià)高、體積大，且不適合長(zhǎng)期貯存，大大降低了小衛(wèi)星逡逑的有效載荷，不利于小衛(wèi)星的微推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化［１７—１９］。逡逑新世紀(jì)初ＳＳＴＬ公司所研制的ＳＮＡＰ－１衛(wèi)星首次裝備冷氣微推力器［２（）］，如圖１．１所逡逑示，微推力器采用丁烷作為推進(jìn)氣體。系統(tǒng)產(chǎn)生的推力范圍為４５ｍＮ？１２０ｍＮ，總沖量最逡逑大達(dá)到２２．３ＮＳ，工作壽命為５年以上。逡逑．Ｘｒ邋＇逡逑圖１．邋１邋ＳＮＡＰ－１衛(wèi)星上的微推力器逡逑荷蘭ＴＮＯ、Ｔｗｅｎｔｅ大學(xué)和Ｄｅｌｆｔ大學(xué)一起研發(fā)的Ｔ３ｐＰＳ固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)［２１］，己逡逑在－ＣｕｂｅＳａｔ上進(jìn)行了飛行驗(yàn)證，該系統(tǒng)由儲(chǔ)氣瓶和電路板組成，儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)安裝了冷氣生逡逑成器、電磁＿、壓力傳感器等，固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)質(zhì)量?jī)H為１４０ｇ，滿足了小衛(wèi)星對(duì)微逡逑推進(jìn)系統(tǒng)的質(zhì)量及體積要求。逡逑清華大學(xué)的唐飛技術(shù)結(jié)合在冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)上，提出基于ＭＥＭＳ的冷逡逑氣推進(jìn)系統(tǒng)．從不同的喉部尺寸和擴(kuò)張比的角度，對(duì)微推力器的推進(jìn)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)逡逑量

圖１．２直接測(cè)量模式逡逑２00４年清華大學(xué)沈巖［３１）１等人設(shè)計(jì)了低成本的測(cè)力裝置，進(jìn)行低功率水電弧微推力逡逑器推力測(cè)量實(shí)驗(yàn)。其測(cè)量原理圖如圖１．２所示，主要由微推力器支架和電子秤組成，微逡逑推力器支架固定在電子秤上，在電子秤上直接讀出推力，也可將電子秤的數(shù)據(jù)輸出至計(jì)逡逑算機(jī)上處理。逡逑ｎ邋仿感器逡逑＾推進(jìn)器］）0邋ｆ逡逑｜邋＂Ｔ邐邐＞．邐？逡逑邐軸承組邋ｇ邋＼逡逑邐邋二邋＼栜龍逡逑／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／．逡逑圖１．３推力架結(jié)構(gòu)示意圖逡逑２00８年中科院力學(xué)研宄所李騰等人設(shè)計(jì)了采用懸臂梁結(jié)構(gòu)的微推力測(cè)試臺(tái)架，逡逑推力測(cè)量臺(tái)架如圖１．３所示，推力器和軸承組固定聯(lián)接在一塊，可以在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，產(chǎn)逡逑生的推力作用在懸臂梁上，懸臂梁的變形由力傳感器測(cè)量。逡逑１９９９年航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研宄所趙寶瑞［３２］等人設(shè)計(jì)了電磁天平模式測(cè)量微推力的逡逑裝置，推力量程為１０？１邋０００邋ｍＮ。電磁天平結(jié)構(gòu)原理如圖１．４所示，調(diào)整平衡裝置Ｄ１、逡逑Ｄ２和Ｄ３使天平梁的質(zhì)心與天平中刀０重合，消除了電火箭自重對(duì)推力的影響，通過逡逑測(cè)量力矩器的輸出電流測(cè)量出微推力。逡逑３逡逑

邐—Ｌ邐Ｉ，—－邋，１逡逑圖１．２直接測(cè)量模式逡逑２00４年清華大學(xué)沈巖［３１）１等人設(shè)計(jì)了低成本的測(cè)力裝置，進(jìn)行低功率水電弧微推力逡逑器推力測(cè)量實(shí)驗(yàn)。其測(cè)量原理圖如圖１．２所示，主要由微推力器支架和電子秤組成，微逡逑推力器支架固定在電子秤上，在電子秤上直接讀出推力，也可將電子秤的數(shù)據(jù)輸出至計(jì)逡逑算機(jī)上處理。逡逑ｎ邋仿感器逡逑＾推進(jìn)器］）0邋ｆ逡逑｜邋＂Ｔ邐邐＞．邐？逡逑邐軸承組邋ｇ邋＼逡逑邐邋二邋＼栜龍逡逑／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／．逡逑圖１．３推力架結(jié)構(gòu)示意圖逡逑２00８年中科院力學(xué)研宄所李騰等人設(shè)計(jì)了采用懸臂梁結(jié)構(gòu)的微推力測(cè)試臺(tái)架，逡逑推力測(cè)量臺(tái)架如圖１．３所示，推力器和軸承組固定聯(lián)接在一塊，可以在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，產(chǎn)逡逑生的推力作用在懸臂梁上，懸臂梁的變形由力傳感器測(cè)量。逡逑１９９９年航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研宄所趙寶瑞［３２］等人設(shè)計(jì)了電磁天平模式測(cè)量微推力的逡逑裝置，推力量程為１０？１邋０００邋ｍＮ。電磁天平結(jié)構(gòu)原理如圖１．４所示，調(diào)整平衡裝置Ｄ１、逡逑Ｄ２和Ｄ３使天平梁的質(zhì)心與天平中刀０重合

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉萬龍;朱昊偉;孫樹江;劉奎芹;鄭然;;國(guó)內(nèi)微推力測(cè)試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J];火箭推進(jìn);2015年05期

2 楊亦婷;李進(jìn)賢;黃啟龍;;軌"姿控發(fā)動(dòng)機(jī)用電磁閥動(dòng)態(tài)特性仿真[J];計(jì)算機(jī)仿真;2015年09期

3 洪延姬;;用于微小衛(wèi)星姿軌控的激光燒蝕微推力器[J];裝備學(xué)院學(xué)報(bào);2013年06期

4 洪延姬;周偉靜;王廣宇;;微推力測(cè)量方法及其關(guān)鍵問題分析[J];航空學(xué)報(bào);2013年10期

5 沈曉春;劉利;周飛;;一種MEMS壓力傳感器的標(biāo)定和溫度補(bǔ)償方法[J];科技風(fēng);2013年12期

6 李耿;侯曉;陳慧;趙昆;;固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管分離流場(chǎng)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究[J];固體火箭技術(shù);2013年03期

7 李創(chuàng)新;余協(xié)正;葉迎華;沈瑞琪;王成玲;朱瑩;;MEMS固體化學(xué)微推進(jìn)陣列的微沖量測(cè)試技術(shù)[J];推進(jìn)技術(shù);2013年04期

8 竇唯;胡長(zhǎng)喜;;液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)水擊特陛仿真及試驗(yàn)研究[J];火箭推進(jìn);2013年02期

9 陶如意;葉濤;李鵬;王浩;黃明;;小型物體冷氣發(fā)射系統(tǒng)內(nèi)彈道過程分析[J];彈道學(xué)報(bào);2012年04期

10 劉英;;活塞式壓力計(jì)誤差研究[J];計(jì)量與測(cè)試技術(shù);2012年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 沈巖;低功率水電弧加熱發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究[D];清華大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 萬麗穎;高壓環(huán)境下含能液體噴射霧化特性及其影響因素分析[D];南京理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2770051