隨著科學技術的日益發(fā)展,人類對宇宙空間的探索更加深入,推進技術的蓬勃發(fā)展加快了航空器在深空探測中任務不斷拓展的腳步。近幾十年來,以電推進為代表的小推力推進技術迅猛發(fā)展,且電推進技術發(fā)展已然成熟并有著廣闊的應用前景。針對不同飛行任務下小推力航天器的提升和軌道維持、姿態(tài)調(diào)整和阻力補償?shù)韧七M要求,電推進器所產(chǎn)生的推力要求在mN級甚至為μN級,而電推進相較于傳統(tǒng)的化學推進法可以輸出更小的推力,除此之外,電推進還具有體積小、質(zhì)量輕、比沖高以及推進劑消耗少等優(yōu)點。因此,對于輸出推力為mN級及μN級的電推進器的研究實驗具有很高的研究價值,而輸出推力特性的跟蹤監(jiān)測實驗也對電推進器的研發(fā)和改良有著相當大的研究意義。本文從實際應用領域出發(fā),以測量mN級電推進器的輸出推力為研究目標,通過總結國內(nèi)外已有的微小推力測試方法及壓電式傳感器測力方法,綜合分析現(xiàn)有的微推力測試裝置的優(yōu)缺點,設計了一種毫牛級微推力測試裝置。該測量裝置中的測量敏感元件采用壓電式傳感器。通過桿件上接的橫梁把測力改為測扭矩,放大了所要測量的微小推力,從而得出微推力。在設計測量裝置過程中,利用MATLAB軟件進行了編程優(yōu)化結構。在對裝置進行標定... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 天平結構
        1.2.2 扭擺結構
        1.2.3 單擺結構
        1.2.4 懸臂梁結構
        1.2.5 基于特殊傳感器的推力測量
    1.3 課題主要研究內(nèi)容
2 微推力測量裝置的設計
    2.1 測力單元的總體設計
        2.1.1 壓電機理
        2.1.2 壓電效應表達式
        2.1.3 壓電石英晶片扭轉效應理論
        2.1.4 石英晶體幾何切型的選擇
    2.2 橫梁的設計與優(yōu)化
    2.3 支撐桿及吸磁部分的結構設計
    2.4 本章小結
3 微小推力測量裝置的靜態(tài)和動態(tài)標定實驗
    3.1 力源裝置的靜態(tài)標定實驗
    3.2 微推力測量裝置的靜態(tài)特性標定實驗
    3.3 微推力測量裝置動態(tài)標定實驗
        3.3.1 微小電磁力的動態(tài)曲線模型
        3.3.2 測量系統(tǒng)的動力學模型
        3.3.3 微推力測量裝置的固有頻率測量
        3.3.4 感抗對動態(tài)實驗的影響
        3.3.5 傳感器動態(tài)響應電壓的變化區(qū)間
        3.3.6 微推力測量裝置的動態(tài)標定實驗
    3.4 本章小結
4 動態(tài)特性實驗結果的分析
    4.1 基于快速傅里葉變換的實驗信號頻率分析
    4.2 濾波后的輸出電壓曲線
    4.3 電磁力的理論分析
    4.4 基于COMSOL的磁場仿真模擬電磁力
    4.5 本章小結
結論
參考文獻
附錄A 課題相關照片
附錄B MATLAB程序
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于懸臂梁結構的動態(tài)推力測量方法[J]. 王大鵬,周偉靜,曹繼宏,張閃,史曉云,何龍.  中國空間科學技術. 2018(05)
[2]間接法測量微推力現(xiàn)狀及關鍵問題分析[J]. 王大鵬,金星,周偉靜,李南雷,王青,王健博.  宇航計測技術. 2018(04)
[3]基于COMSOL軟件的靜磁場仿真與分析[J]. 陳慶東,王俊平.  大學物理實驗. 2018(02)
[4]基于扭擺臺架的動態(tài)推力測試方法研究[J]. 劉旭輝,楊飛虎,魏延明,陳君,汪旭東,毛威,李飛,余西龍.  推進技術. 2017(04)
[5]微波推力器獨立系統(tǒng)的三絲扭擺推力測量[J]. 楊涓,劉憲闖,王與權,湯明杰,羅立濤,金逸舟,寧中喜.  推進技術. 2016(02)
[6]一種用于微小推力沖量測量的扭擺系統(tǒng)參數(shù)標定方法[J]. 金星,洪延姬,周偉靜,常浩.  推進技術. 2015(10)
[7]雙單擺式微推力測量系統(tǒng)的研究[J]. 邊星,邵明學,楊福全,張海鵬.  真空與低溫. 2014(03)
[8]微推力測量方法及其關鍵問題分析[J]. 洪延姬,周偉靜,王廣宇.  航空學報. 2013(10)
[9]壓電式四向無定心鉆削測力儀的研制[J]. 高長銀,劉江.  壓電與聲光. 2012(06)
[10]三絲扭擺微推力在線測量方法及不確定度分析[J]. 寧中喜,范金蕤.  測控技術. 2012(05)

博士論文
[1]姿控火箭發(fā)動機脈沖推力測試系統(tǒng)研究[D]. 邢勤.大連理工大學 2011
[2]壓電晶體扭轉效應的研究[D]. 吳澗彤.大連理工大學 2000

碩士論文
[1]毫牛級微推力測試裝置研究[D]. 王春平.大連理工大學 2018
[2]LGS與石英壓電傳感器性能對比研究[D]. 趙麗琦.大連理工大學 2015
[3]基于扭秤的弱力測量的初步分析和校驗[D]. 趙鳳鳴.東北大學 2013
[4]固體火箭發(fā)動機瞬態(tài)推力測量[D]. 歐陽華兵.浙江工業(yè)大學 2005



本文編號：3461440