[发明专利]用于测量推力和冲量的扭摆系统的设计方法

摘要

本发明提供了一种用于测量推力和冲量的扭摆系统的设计方法。主要包括如下三个步骤：明确扭摆系统的设计条件，关键系统参数设计，实现扭摆系统的设计方案。首先明确测量系统的设计条件，包括推力和冲量的测量量程与误差、推力作用时间、测量噪声误差、位移传感器量程与误差等；其次根据关键系统参数的设计方法，确定扭转刚度系数、力臂、测量臂、转动惯量等关键系统参数；最后，以关键系统参数为依据，提出扭摆测量系统的设计方案，实施并实现扭摆测量系统的设计方案。校核关键系统参数，反复迭代，直到满足设计条件要求，扭摆测量系统设计完成。

主权项

一种用于测量推力和冲量的扭摆系统的设计方法，其特征在于包括如下步骤：(1)明确扭摆系统的设计条件推力测量量程为[fd,fu](fd＜fu)，推力测量的相对误差为εf，冲量测量量程为[Sd,Su](Sd＜Su)，推力测量的相对误差为εS，在该量程范围内，测量误差满足指定要求；推力作用时间为T0，为推力器指定的工作时间；测量噪声的误差限为Δθ，环境的外力激励和位移激励、位移传感器、推力加载等干扰，将造成测量噪声，采用隔振平台和隔振物体抑制测量噪声。位移传感器的量程为[hsd,hsu](hsd＜hsu)，在该量程范围内，位移测量的误差限为Δhs；(2)关键系统参数设计首先，根据公式Cs＝5～10，确定测量臂Ls，式中Cs越大对位移传感器误差限要求越严格，一般可取Cs＝5。其次，根据公式确定力臂Lf与扭转刚度系数k，式中当阻尼比ζ未知时，可取Cf＝2(ζ＝0)。最后，根据公式确定转动惯量J，式中当阻尼比ζ未知时，可取Cζ＝1(ζ＝0)；(3)实现扭摆系统的设计方案确定关键系统参数后，以关键系统参数为依据，进一步确定扭摆横梁、扭摆转轴、枢轴、配重、阻尼器、位移传感器、标定力施力装置、水平测量平面的调平装置、真空舱的舱外控制装置等，提出扭摆测量系统的设计方案；实施并实现扭摆测量系统的设计方案。通过调节扭转刚度系数与转动惯量乘积，将推力测量的阻尼比控制在0＜ζ≤0.4范围内，将冲量测量的阻尼比控制在0＜ζ≤0.3范围内；实现扭摆测量系统的设计方案后，采用阶跃标定力确定阻尼比，核实阻尼比为0＜ζ≤0.4或0＜ζ≤0.3范围内的某个值。在阻尼比已知条件下，根据已知设计条件，采用步骤(2)方法，由公式Cζ＝1‑ζ2，重新校核关键系统参数，反复迭代，直到满足已知设计条件要求，扭摆测量系统的设计完成。