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1、气浮台冷气推力测试装置的系统设计2009年9月第37卷第9期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSSep.2009Vo1.37No.9DOI:10.3969/j.issn.1001—3881.2009.09.028气浮台冷气推力测试装置的系统设计杨其林,许剑,杨庆俊,包钢(哈尔滨工业大学机电工程学院气动技术中心,黑龙江哈尔滨150080)摘要:设计了一套用于五自由度气浮台的冷气推力测试装置,对冷气推力大小,流量及推力动态特性进行了相应的理论分析和实验研究,确定了满足五自由度气浮台性能指标的
2、冷气推进系统相关部件参数,并建立了较精确的系统模型.关键词:五自由度气浮台;冷气推力;喷嘴;反作用力;数据采集中图分类号:V416文献标识码:A文章编号:1001—3881(2009)9—082—4DesignandTestStudiesonColdGasPropulsionSystemofFiveDegreesofFreedomAir-bearingTest-bedYANGQilin,XUJian,YANGQingjun,BAOGang(PneueenCenterofHarbinInstituteofTechn
3、ology,HarbinHeilongjiang150080,China)Abstract:Akindofcoldgaspropulsionsystemusedonthefivedegreesoffreedomair-bearingtest—bedWasintroduced,andthe—oreticalanalysisandexperimentalstudiesonpropulsive,flow,characterofdynamicresponsewereconducted,correlativepartspa
4、—rametersofcoldgaspropulsionsystemwereconformedaccordingwithperformanceofthefivedegreesoffreedomair—bearingtest—bedandmathematicmodelwasestablished.Keywords:The5DoFair-beatingtest-bed;Coldgaspropulsion;Nozzle;Reactionforce;DataAcquisitionO前言五自由度地面气浮仿真试验系统(也称五
5、自由度气浮台)主要是在地面模拟空间飞行机器人运行时太空中的微重力环境,为多卫星编队飞行及卫星变轨飞行提供地面试验手段.常用的星上推进系统有冷气,单组元,双组元和电推进等几种方式,由于冷气推进系统具有成本低,结构简单,排气污染小的特点,气浮台常采用冷气推进方式作为平动及姿态转动的执行器.作者设计了一套用于对五自由度气浮台的冷气推进系统的喷嘴喷气推力性能测试的装置,运用该装置测量不同开口大小的喷嘴的推力的大小,耗气量,对推进系统动态响应及延时情况进行了理论分析和实验研究,从而以此确定了满足五自由度气浮台冷气推进系统性
6、能指标的喷嘴部件尺寸及其相关的参数,并建立了系统较精确的模型.1喷嘴模型设计冷气推进系统工作时,喷嘴以相对喷气速度排出工质流m,从而产生推力F.一般用于航天上的冷气推进器都是采用拉瓦尔型喷嘴,以产生超音速流,从而提高比冲比.但是拉瓦尔管加工比较困难,这里采用圆柱形喷嘴,牺牲一部分效率但工艺简单.喷嘴的结构如图1所示.2理论计算图1喷嘴模型喷嘴上游处气体参数为P.,P,,喷嘴出口处压力为P,外界大气压力为P,喷嘴直径为.将模型近似为等熵流动,同时因为稳态工作时,p.≤0.528,则根据能量方程和等熵关系,可以推导出
7、喷嘴出口压力,质量流量及相应的推力的计算公式:p(t一2c㈩///,=0.04042S(2)~/Z'.F=my.+S.(P.-p.)(3)式中:y为比热比;S.为喷嘴截面积;为喷嘴出口速度,此处等于当地声速.不同直径喷嘴在不同工作压力下的计算结果如表1所示,其中可连续工作时间按两个喷嘴成对开启工收稿日期:2008—09—09作者简介:杨其林(1983一),男,四川巴中人,硕士研究生,研究方向为机械电子.电话:0451—86413446—233,E—mail:yqlhit@126.con.意第9期杨其林等:气浮台冷
8、气推力测试装置的系统设计?83?作计算.表1各种喷嘴不同工作压力下计算结果3实验测试装置的系统设计为了验证理论分析的结果,更好地研究五自由度气浮台冷气推进系统的特性,特别是动态冲量特性,特建立冷气推进系统推力测试实验装置.一.3.1系统设计原理实验装置结构如图2所示,通过IR2000精密减压阀调整工作压力,Pc机通过板卡控制电磁开关阀的开启,记录下开关阀开启时喷嘴处的反作
