微推力测量方法及其关键问题分析

《微推力测量方法及其关键问题分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．252013V01．34No．102287．2299ISSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．crl微推力测量方法及其关键问题分析洪延姬*，周伟静，王广宇装备学院激光推进及其应用国家重点实验室，北京101416摘要：微推力测试技术可为微推进器力学性能提供测量和评估平台。论述了稳态推力、脉冲冲量、平均推力和动态推力的测量原理；总结了国内外典型的微推力测量系统，将测量系统分为扭摆型、天平型、单摆型和和悬臂型4种基本动力学构型，并对比

2、分析了各种构型的测量特征、用途和优缺点；指出了测量原理、误差影响因素及应对措施、系统标定和测量自动化等关键问题；并自行设计了一种基于扭摆型的微推力测量系统，该系统测量重复性好，测量水平可达到肛N量级。关键词：微推进器；稳态推力；脉冲冲量；平均推力；动态推力；推力测试；冲量测试中图分类号：V439；TH823文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)10—2287—13随着航天任务的不断拓展，以重量轻、体积小、成本低、研制周期短为突出特点的微小卫星的应用前景日益受到瞩目，尤其是商业、科学和军事等近地轨道卫星向微小卫星星座的发展已成为重要应用趋势之一。利用微小卫星的组网技术，卫星星

3、座可以实现单颗大卫星的功能，甚至可以完成单颗大卫星无法执行的任务，且制造和发射成本大大降低，系统的抗干扰和重组能力也大大提高。当然，微小卫星对其推进系统也提出了较为苛刻的要求：要具有高精度的姿态调整和控制功能；要质量小、比冲高、功耗小、动态范围宽和易于实现自动控制等。进而，微小卫星的发展带动了微推进技术的不断进步，许多新型微推进器应运而生，如先进的冷气微推进器、脉冲等离子体微推进器、霍尔推进器、场发射电推进器、胶体微推进器以及激光烧蚀微推进器等。微小卫星进行轨道保持和姿态控制时，这些微推进器所提供的推力一般要求在100肛N量级，有的甚至达到弘N量级水平，这对推力性能测量提出了挑战。当被测推

4、力范围在牛顿量级时，仪器装置和环境对推力测量的影响相对较小。然而随着推力水平的降低，尤其是当推力降到mN量级甚至mN量级以下水平时，仪器装置和环境对推力测量的影响使推力的精确测量变得越来越困难。微推力的精确测量可以真实、直观地反映推进器电参数、介质参数变化引起的推力变化，从而为推进器的研制、设计、参数选择及性能评价提供必要的技术途径。微推力的精确测量可以验证推进器的基本性能——比冲，从而为推进器进人工程应用提供可靠的评判依据。因此，微推力的精确测量是研制微推进器必须要突破的技术难题。本文在对国内外文献综合调研的基础上，总结了微推力测量原理，评述了微推力测量系统采用的几种典型构型，分析了微推

5、力测量中的关键问题，并给出收稿日期：2013-04．15；退修日期：2013-05-27；录用日期：2013—07·04；网络出版时间：2013-07-1012：26网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20130710．1226．002．html*通讯作者Tel：010-66364435E-mail：hongyanji@vip．sina．com寻l用格武iHongYJ．ZhouWJ．WangGY．MethodsofmicrothrustmeasurementandanalysisofitskeyissuesActaAeronauticaetAs

6、tro-nauticaSinica．2013．34(10)：2287-2299洪延姬．餍伟静．王广宇．微推力测i方法及其关键阚题分析．航空学报．2013．34(10)：2287-2299．航空学报Oct．252013Vo34No10了作者所在实验室自行设计的微推力测量系统的相关研究实践，最后提出了微推力测量的发展方向，以期为相关领域的研究人员提供参考。1微推力测量原理概述微推进器按其推力输出方式可分为连续式和脉冲式两大类。对于连续推进器一般只需测量稳态推力；而对于脉冲推力器，需要测量脉冲冲量、平均推力，有时甚至需要测量其动态推力。其中稳态推力、脉冲冲量和平均推力是推进器设计者和使用者共同关

7、心的内容，而动态推力对于理解脉冲推进器工作的物理过程以及开发更有效的推力器是有益的，因而更为设计者所关注[1]。国际上从20世纪60年代起开始大力发展推力测量技术，至今仍是研究热点。尽管存在一些直接的推力测量技术，如利用力传感器直接测量或采用羽流动量通量测量，但当推力水平很低时，这些直接测量方法会存在困难。使用力传感器面临诸多问题，比如零漂、温漂以及各种振动等都会对测量产生影响，目前仅用于粗略的测量或标定L2j。羽流动量