一种吸气式电推进器微小冲量测量平台

技术领域

本发明属于空间推进器性能监测技术领域，更具体的说是涉及一种吸气式电推进器微小冲量测量平台。

背景技术

吸气式脉冲等离子体推进器主要用于大气层空间轨道飞行器位姿调整。由于自身载荷低，寿命长，比冲大等优势，在滞空轨道监测用途的航天器中具有很好的应用前景。

为了更好地优化推进器性能，需要对其产生的微小冲量进行精确测量。但是电推进器推力小(10N量级)，作用时间短(1μs量级)，常规方式测量冲量对力传感器的要求非常高，成本非常高昂，目前条件难以实现。

因此，如何提供一种吸气式电推进器微小冲量测量平台是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种吸气式电推进器微小冲量测量平台，基于冲击摆法，利用相同冲量产生相同最大位移量原理，间接测量冲量，并设计合理的机械结构用来放置线路、气路、传感器等，减小干扰源。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种吸气式电推进器微小冲量测量平台，包括：框架、摆动机构、力传感器、LVDT位移传感器和电磁推杆，其中，所述框架顶端开设有方形孔，所述摆动机构底端与所述LVDT位移传感器相连，顶端由所述方形孔处伸出，伸出端由所述框架支撑；所述力传感器安装在所述摆动机构的一侧，所述LVDT位移传感器设置在所述摆动机构的另一侧，所述电磁推杆设置在所述力传感器远离所述摆动机构的一侧，且位置与所述力传感器相对应；所述摆动机构上安装有吸气式推进器，所述吸气式推进器连通有气管；所述框架顶部安装有电容，所述电容通过线缆与所述吸气式推进器电连接。

优选的，所述框架包括顶板、底板和支撑柱，所述顶板和所述底板通过所述支撑柱相连。

优选的，所述支撑柱设置有四根，其中两根安装在底板的边角处，另外两根所在的平面与摆动机构静止位置处于相同平面，用来搭接固定所述力传感器引出的电缆。

优选的，所述摆动机构包括搭载板、U型板、连接杆、限位板和圆锥，其中，所述搭载板设置于在所述底板上方，所述U型板安装在所述搭载板的顶部，所述连接杆底端与所述U型板相连，顶端由方形孔伸出，伸出端与所述限位板相连，所述限位板两侧的底端均安装有圆锥，所述圆锥位于顶板上方。

优选的，搭载板的两侧均设置有绝缘板，所述LVDT位移传感器的轴芯连接在其中一绝缘板上，另一绝缘板远离搭载板的一侧安装有承力板，所述力传感器安装在所述承力板上。

优选的，所述吸气式推进器通过推进器下卡具和推进器上卡具安装在所述搭载板上。

优选的，所述搭载板上安装有配重。

优选的，所述顶板的顶端安装有耐磨板，所述圆锥和耐磨板组成点面运动副，锥点落于耐磨板中间的球冠型曲面上。

优选的，所述顶板上对称分布有导向板，所述线缆和气管分别通过两导向板，与摆动机构处于同一平面，并固定在摆动机构的连接杆上。

优选的，所述连接杆内部采用中空结构设计。

本发明的有益效果在于：

本发明测量平台结构简单，安装调试方便；在完成一次测量后会缓慢恢复至平衡位置，使用方便；两个圆锥与限位板组成一个圆锥摆动副，与多个圆锥摆动副相比，不用考虑摆动副之间因匹配误差引起的运动阻力；圆锥摆动副摩擦极小，能够提高测量精度；摆动机构自身质量更小，可搭载更重的推进器；垂直方向上增加连接杆的长度，可实现更小冲量的测量；增加导向板，将线缆和气路固定在摆动机构上，可大幅度减少扰动；增加可大幅度调整搭载平板组合件质心的U型板，可配合配重实现最小质量调整质心位置；适用性强，能够适用于任何气压环境下的推进器测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明左侧方向的结构示意图。

图2附图为本发明右侧方向的结构示意图。

图3附图为本发明摆动机构部分组合零件爆炸图。

1-电容；2-吸气式推进器；3-力传感器；4-LVDT位移传感器；5-电磁推杆；6-顶板；7-底板；8-支撑柱；9-导向板；10-耐磨板；11-圆锥；12-限位板；13-连接杆；14-U型板；15-搭载板；16-推进器上卡具；17-推进器下卡具；18-配重；19-绝缘板；20-承力板；21-电磁推杆固定板；22-LVDT固定板；23-阴极电缆；24-阳极电缆；25-气管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-2，本发明提供了一种吸气式推进器2微小冲量测量平台，包括：框架、摆动机构、力传感器3、LVDT位移传感器4和电磁推杆5，框架顶端开设有方形孔，摆动机构底端与LVDT位移传感器4相连，顶端由方形孔处伸出，伸出端由框架支撑；力传感器3安装在摆动机构的一侧，LVDT位移传感器4设置在摆动机构的另一侧，电磁推杆5设置在力传感器3远离摆动机构的一侧，且位置与力传感器3相对应；LVDT位移传感器4用于对测量平台的水平位移量进行测量；摆动机构上安装有吸气式推进器2，吸气式推进器2连通有气管25；框架顶部安装有电容1，电容1通过线缆与吸气式推进器2电连接，电容1通过线缆为吸气式推进器2进行供电，气管25为吸气式推进器2提供电离介质，其中，线缆包括阴极电缆23和阳极电缆24。

框架包括顶板6、底板7和支撑柱8，顶板6和底板7通过支撑柱8相连。顶板6、底板7和支撑柱8均为不锈钢结构。支撑柱8设置有四根，其中两根安装在底板7的边角处，另外两根所在的平面与摆动机构静止位置处于相同平面，用来搭接固定力传感器3引出的电缆，能够减少测量过程中线缆摆动对测量结果的扰动。四根支撑柱8两端分别加工有50mm外螺纹，配合12个螺母，用于紧固结构，保证了顶板6的水平度以及底板7下方的平整度。

参考附图3，摆动机构包括搭载板15、U型板14、连接杆13、限位板12和圆锥11，其中，搭载板15设置于底板7上方，U型板14安装在搭载板15的顶部，连接杆13底端与U型板14相连，顶端由方形孔伸出，伸出端与限位板12相连，限位板12两侧的底端均安装有圆锥11，圆锥11位于顶板6上方。两个圆锥11与限位板12组成一个圆锥11摆动副，使得测量平台以单平面摆动方式运动。方形孔的设计能够保证摆动机构的连接杆13无干涉摆动。U型板14用于调整装配上推进器的搭载板15组合零件的质心位置，保证质心落于摆动平面上。

搭载板15的两侧均设置有绝缘板19，LVDT位移传感器4的轴芯连接在其中一绝缘板19上，另一绝缘板19远离搭载板15的一侧安装有承力板20，力传感器3安装在承力板20上。底板7开有螺纹孔，用于固定电磁推杆固定板21和LVDT固定板22。电磁推杆5安装在电磁推杆固定板21上；LVDT位移传感器4安装在LVDT固定板22上，且电磁推杆固定板21和LVDT固定板22均采用聚丙烯材质。绝缘板19保证LVDT位移传感器4和力传感器3不被漏电击穿，承力板20保证能量不被吸收，从而提高力传感器3测量数据的准确性。

本实施例中，吸气式推进器2通过推进器上卡具16和推进器下卡具17安装在搭载板15上。推进器上卡具16和推进器下卡具17均为聚丙烯材质，避免推进器电极放电。

本实施例中，搭载板15上安装有配重18，整个摆动机构的质心位置通过搭载板15上的配重18进行微调，保证质心落在摆动机构的竖直中轴线上。

本实施中，顶板6的顶端安装有耐磨板10，耐磨板10采用黄铜材质，两端开有螺纹孔，与顶板6固定，中间有球冠型曲面，圆锥11和耐磨板10组成点面运动副，锥点落于耐磨板10中间的球冠型曲面上。

本实施例中，顶板6上对称分布有导向板9，导向板9为聚丙烯，中间留有圆孔，可利用橡胶护线圈固定电缆和气管25。线缆和气管25分别通过两导向板9的圆孔，与摆动机构处于同一平面，并固定在摆动机构的连接杆13上。

本实施例中，连接杆13为不锈钢管，两端有外螺纹，用于与限位板12和U型板14固定，内部采用中空结构设计，在保证抗弯强度下降低其质量。

本发明中，电磁推杆5以不同的推力作用力传感器3上，通过力传感器3和LVDT位移传感器4的数据，建立冲量与位移关系。利用吸气式推进器2工作状态下的LVDT位移传感器4的数据，可以换算冲量数据，从而完成对吸气式推进器2冲量的测量工作。

本发明测量平台结构简单，安装调试方便；在完成一次测量后会缓慢恢复至平衡位置，使用方便；两个圆锥与限位板组成一个圆锥摆动副，与多个圆锥摆动副相比，不用考虑摆动副之间因匹配误差引起的运动阻力；圆锥摆动副摩擦极小，能够提高测量精度；摆动机构自身质量更小，可搭载更重的推进器；垂直方向上增加连接杆的长度，可实现更小冲量的测量；增加导向板，将线缆和气路固定在摆动机构上，可大幅度减少扰动；增加可大幅度调整搭载平板组合件质心的U型板，可配合配重实现最小质量调整质心位置；适用性强，能够适用于任何气压环境下的推进器测量；在LVDT位移传感器的轴芯轴线距离顶板550mm，且推进器质量400g时，本发明能够准确测量1μN·s级别的冲量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。