發動機噴管軸線的測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及力學測量領域，尤其涉及一種發動機噴管軸線的測量系統。
【背景技術】
[0002]發動機噴管軸線作為發動機的推力線，為發動機合成推力的作用線。動力系統中的噴管軸線特別是火箭發動機噴管軸線需要準確設計。現有的火箭發動機噴管軸線只是通過設計來確定，其前提是加工誤差較小，成形后噴管變形較小。真實的軸線與設計出現偏差需要通過測量去發現。但使用常規測量方法，采用測量工具接觸測量發動機噴管軸線有較大困難。
[0003]軸線在噴管內部，由噴管內部形狀決定，噴管外部一般有凸起物，因而軸線測量需要在噴管內部開展。噴管軸線是不能直接測量，需要通過測量內壁各個截圓，由截圓計算得到的圓心，連接各截圓的圓心得到噴管軸線。把噴管內壁各個截圓測量出來，內部截圓可能是橢圓，測量點需要較多，才能準確的得出圓心位置。但在常規測量中不容易保證在內部同一截圓上測量，由于噴管為類似錐形，在不同一截圓測量將帶來較大誤差，測量本身帶來的誤差大于軸線實際的偏差，這樣的測量變得到沒有意義。
[0004]發動機噴管特別是火箭發動機噴管價格昂貴，嚴禁磕碰，常規測量中需要使用測量工具接觸到噴管內壁，難免會磕碰或劃傷內壁，造成損失。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是:現有的接觸式噴管軸線的測量方法會對噴管內壁造成損害且測量誤差大的問題。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型一方面提出了一種發動機噴管軸線的測量系統，該發動機噴管軸線的測量系統包括:
[0007]調平座架和旋轉測量裝置；
[0008]所述旋轉測量裝置包括測量桿，所述測量桿周向自轉；
[0009]所述測量桿上設有角度傳感器和多個激光位移傳感器；
[0010]所述多個激光位移傳感器位于所述測量桿的不同高度上，用于測量噴管內壁與相應的激光位移傳感器的徑向距離；
[0011 ]所述角度傳感器位于所述測量桿上，用于測量所述測量桿的旋轉角度；
[0012]所述測量桿豎直設置于所述調平座架上；
[0013]所述調平座架與發動機噴管的噴口相接觸。
[0014]可選地，該發動機噴管軸線的測量系統還包括信號記錄與處理器；
[0015]所述信號記錄與處理器與所述角度傳感器和多個激光位移傳感器相連，用于根據所述噴管的內壁與相應的激光位移傳感器的徑向距離和所述測量桿的旋轉角度獲取所述噴管的軸線。
[0016]可選地，所述調平座架包括第一軸承和第二軸承；
[0017]所述測量桿包括轉軸桿和多個展桿；
[0018]所述轉軸桿穿過所述第一軸承和所述第二軸承豎直設置于所述調平座架上；
[0019]所述多個激光位移傳感器分別設置于所述多個展桿上。
[0020]可選地，所述角度傳感器位于所述轉軸桿的底部，所述角度傳感器的轉軸與所述轉軸桿的軸心相連。
[0021]可選地，所述調平座架的形狀為三角形。
[0022]可選地，所述測量桿位于發動機噴管軸線的測量系統的預定中心軸線上。
[0023]可選地，該發動機噴管軸線的測量系統還包括:
[0024]三個上調姿板和三根導向桿；
[0025]所述上調姿板設置于所述調平座架上，用于與發動機噴管的噴口相接觸，調節噴口處于水平狀態；
[0026]所述三根導向桿分別豎直設置在所述三個上調姿板遠離所述測量桿的位置上，以對發動機噴管的放置起導向作用。
[0027]可選地，該發動機噴管軸線的測量系統還包括:
[0028]三個下調姿板；
[0029]所述三個下調姿板設置于所述調平座架的底部，用于調節調平座架(I)自身處于水平狀態。
[0030]本實用新型另一方面提出了一種發動機噴管軸線的測量方法，該方法包括:
[0031]獲取噴管內壁與相應的激光位移傳感器的徑向距離；
[0032]獲取測量桿的旋轉角度；
[0033]根據所述噴管的內壁與相應的激光位移傳感器的徑向距離和所述測量桿的旋轉角度獲取多個截圓的圓心，連接各截圓圓心獲得發動機噴管軸線。
[0034]可選地，所述根據所述噴管的內壁與相應的激光位移傳感器的徑向距離和所述測量桿的旋轉角度獲取多個截圓的圓心，包括:
[0035]采用最小二乘擬合法對所述噴管的內壁與相應的激光位移傳感器的徑向距離和所述測量桿的旋轉角度進行擬合，獲取多個截圓的圓心。
[0036]本實用新型提出的發動機噴管軸線的測量系統及方法，實現了對發動機噴管軸線的非接觸式測量，避免了接觸式測量對噴管內壁造成的損壞，通過多個激光位移傳感器獲取發動機噴管內壁的多個截圓的徑向距離，通過角度傳感器獲取測量桿的旋轉角度，根據多個截圓的徑向距離和測量桿的旋轉角度獲取噴管的軸線，測量結果準確。
【附圖說明】
[0037]通過參考附圖會更加清楚的理解本實用新型的特征和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本實用新型進行任何限制，在附圖中:
[0038]圖1示出了本實用新型一個實施例的發動機噴管軸線的測量系統的結構示意圖；
[0039]圖2示出了發動機噴管的結構示意圖；
[0040]圖3示出了下調姿板的結構示意圖；
[0041]圖4示出了調平座架的結構示意圖；
[0042]圖5示出了下調姿板與調平座架對接安裝的示意圖；
[0043]圖6示出了上調姿板的結構示意圖；
[0044]圖7示出了導向桿、上調姿板與調平座架的安裝示意圖；
[0045]圖8示出了軸承安裝結構示意圖；；
[0046]圖9示出了測量桿的結構示意圖；
[0047]圖10示出了測量桿與軸承的連接示意圖；
[0048]圖11示出了激光位移傳感器的安裝示意圖；
[0049]圖12示出了角度傳感器與調平座架的安裝示意圖；
[0050]圖13示出了本實用新型一個實施例的發動機噴管軸線的測量方法的流程示意圖；
[0051]圖14示出了角度傳感器測量的轉角-時間的示意圖；
[0052]圖15示出了激光位移傳感器測量的距離-時間的示意圖；
[0053]圖16示出了轉角-距離關系曲線和截圓的示意圖；
[0054]圖17示出了四個截圓和噴管軸線的示意圖。
[0055]圖1-圖 12 中:
[0056]I調平座架、2旋轉測量裝置；
[0057]11第一軸承、12第二軸承、13上調姿板、14下調姿板、15導向桿；
[0058]21測量桿、22角度傳感器、23激光位移傳感器；
[0059]211轉軸桿、212展桿；
[0060]141第一上螺母、142第一下螺母；
[0061]131第二上螺母、132第二下螺母；
[0062]211’螺紋連接孔。
【具體實施方式】
[0063]下面將結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細描述。
[0064]圖1示出了本實用新型一個實施例的發動機噴管軸線的測量系統的結構示意圖。如圖1-圖12所示，該發動機噴管軸線的測量系統包括:
[0065]調平座架I和旋轉測量裝置2;
[0066]旋轉測量裝置2包括測量桿21，測量桿21周向自轉；
[0067]測量桿21上設有角度傳感器22和多個激光位移傳感器23;
[0068]多個激光位移傳感器23位于測量桿21的不同高度上，用于測量噴管內壁與相應的激光位移傳感器的徑向距離；
[0069]角度傳感器22位于測量桿21上，用于測量測量桿21的旋轉角度；
[0070]測量桿21豎直設置于調平座架I上；
[0071]調平座架I與發動機噴管的噴口相接觸。
[0072]本實施例的發動機噴管軸線的測量系統，實現了對發動機噴管軸線的非接觸式測量，避免了接觸式測量對噴管內壁造成的損壞，通過多個激光位移傳感器獲取發動機噴管內壁的多個截圓的徑向距離，通過角度傳感器獲取測量桿的旋轉角度，根據多個截圓的徑向距離和測量桿的旋轉角度獲取噴管的軸線，測量結果準確。
[0073]在一種可選的實施方式中，該發動機噴管軸線測量系統還包括信號記錄與處理器(圖中未示出)；
[0074]信號記錄與處理器與角度傳感器22和多個激光位移傳感器23相連，用于根據所述噴管的內壁與相應的激光位移傳感器的徑向距離和所述測量桿21的旋轉角度獲取所述噴管的軸線。
[0075]在實際應用中，使用兩臺供電電源分別給激光位移傳感器和角度傳感器供電，使用一臺信號記錄器記錄激光位移和角度信號。
[0076]進一步地，調平座架I包括第一軸承11和第二軸承12;
[0077]測量桿21包括轉軸桿211和多個展桿212;
[0078]轉軸桿211穿過第一軸承11和第二軸承12豎直設置于調平座架I上；
[0079]多個激光位移傳感器23分別設置于多個展桿212上。
[0080]進一步地，角度傳感器22位于轉軸桿211的底部，角度傳感器22的轉軸與轉軸桿211的軸心相連。
[0081]本實施例的發動機噴管軸線的測量系統解決了噴管內部同一截圓連續多點測量問題和非接觸式測量問題。
[0082]優選地，調平座架I的形狀為三角形。測量桿21位于發動機噴管軸線的測量系統的預定中心軸線上。
[0083]該發動機噴管軸線的測量系統還包括:三個上調姿板13和三根導向桿15;
[0084]上調姿板13設置于調平座架I上，用于與發動機噴管的噴口相接觸，調節噴口處于水平狀態；
[0085]三根導向桿15分別豎直設置在三個上調姿板13遠離所述測量桿21的位置上，以對發動機噴管的放置起導向作用。
[0086]該發動機噴管軸線的測量系統還包括:三個下調姿板(14);
[0087]所述三個下調姿板(14)設置于所述調平座架(I)的底部，用于調節調平座架(I)自身處于水平狀態。
[0088]在實際應用中，測量桿由一根轉軸桿和若干展桿垂直焊接而成，轉軸桿通過套接軸承安放在調平座架上，測量桿繞軸承可以實現連續旋轉，展桿端部安裝激光位移傳感器，轉軸桿下端連接角度傳感器。下調姿板用于調整整個測量系統處于水平狀態。上調姿板用于安放發動機噴管的噴口，并調整發動機噴管(如圖2所示)的噴口平面處于水平狀態。導向桿用于發動機噴管與上調姿板對接時起導向作用。
[0089]下調姿板14(如圖3所示)的螺桿穿過調平座架I底座(如圖4所示)通孔，使用第一上螺母141、第二下螺母142夾持固定