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双丝扭秤微推力测量系统

推进技术 2018年第4期39卷 948-954页

作者：马隆飞贺建武薛森文段俐康琦中国科学院力学研究所中国科学院微重力重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

针对未来空间引力波探测任务——"太极计划",根据卫星平台无拖曳控制对微推力器产生推力大小的要求,研发出一套基于扭秤的微推力测量系统,分别详述了其微推力测量、弱力产生装置和角位移差动测量的原理及磁阻尼装置。通过对弱力产生装... 详细信息

针对未来空间引力波探测任务——"太极计划",根据卫星平台无拖曳控制对微推力器产生推力大小的要求,研发出一套基于扭秤的微推力测量系统,分别详述了其微推力测量、弱力产生装置和角位移差动测量的原理及磁阻尼装置。通过对弱力产生装置和扭秤系统的标定,得到微推力与扭秤扭转角位移的函数关系。同时分析了结构和环境对微推力测量系统的影响,得到其推力测量范围为1~200μN,分辨力为0.4μN,相对不确定度为1.1%,满足对微推力器推力分辨力和精度的测量要求。

关键词：推力器扭秤微推力弱力测量

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真空环境下微推力测量的研究

宇航学报 2008年第2期29卷 621-625,636页

作者：岑继文徐进良中国科学院广州能源研究所

详述了一种真空环境下的微推力测试方法:利用杠杆力的放大原理,将微推力值放大从而能够被传感器检测到。测试系统以真空油作为阻尼液,既适应了真空环境又使噪声信号得到了明显的减弱。实验结果表明在几百帕的真空绝压下推力值变化不大;... 详细信息

详述了一种真空环境下的微推力测试方法:利用杠杆力的放大原理,将微推力值放大从而能够被传感器检测到。测试系统以真空油作为阻尼液,既适应了真空环境又使噪声信号得到了明显的减弱。实验结果表明在几百帕的真空绝压下推力值变化不大;流量在较粗的真空度下已达到临界值;流量和推力随入口压力的增加呈线性增加趋势。这些实验方法和规律对真空环境下的微推力测量具有一定的借鉴和帮助作用。

关键词：微推力微小卫星微型推进器微推力测试真空环境

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一种实时测量微推力瞬时值的方法

推进技术 2010年第3期31卷 381-384页

作者：王宇尤政洪延姬装备指挥技术学院基础部北京101416 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

微推进器是微型航天器的重要功能器件。实时测量微推进器不同时刻推力的瞬时值对研究微推进器的工作机理很有帮助;对于工作在低频多脉冲条件下的推进器,通过实时测量微推力的瞬时值,也可以获得多脉冲微推力的信息。提出了一种瞬态微推... 详细信息

微推进器是微型航天器的重要功能器件。实时测量微推进器不同时刻推力的瞬时值对研究微推进器的工作机理很有帮助;对于工作在低频多脉冲条件下的推进器,通过实时测量微推力的瞬时值,也可以获得多脉冲微推力的信息。提出了一种瞬态微推力的实时测量方法。初步仿真计算结果表明,此方法具有很好的跟踪特性,计算精度较高,可用于低频多脉冲微推力以及连续微推力实时测量。

关键词：微推力实时瞬时测量

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透射式激光等离子体微烧蚀推力性能研究

推进技术 2010年第2期31卷 247-251页

作者：叶继飞洪延姬王广宇李南雷装备指挥技术学院北京101416

激光等离子体微推进技术经过近10年的发展,越来越受到业内人士的广泛关注。针对透射式激光等离子体微烧蚀物理过程,构建了理论分析模型,并进行了仿真。结合仿真结果,分析了激光脉宽和靶材的选取对烧蚀产生的推力和冲量的影响,提出了激... 详细信息

激光等离子体微推进技术经过近10年的发展,越来越受到业内人士的广泛关注。针对透射式激光等离子体微烧蚀物理过程,构建了理论分析模型,并进行了仿真。结合仿真结果,分析了激光脉宽和靶材的选取对烧蚀产生的推力和冲量的影响,提出了激光微烧蚀推进参数设计过程中,需要注意的几个问题。采用冲击摆系统测量激光微烧蚀靶材推力特性,对理论模型进行修正,与实验结果对比,模型与实验测量结果符合良好。

关键词：激光等离子体微推进理论模型冲击摆微推力

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微推力测量实验装置的设计与研究

微推力测量实验装置的设计与研究

作者：申波东北大学

学位级别：硕士

自从Coulomb和Cavendish首次将扭秤技术应用到电磁力和万有引力等精密测量以来,扭秤作为一种主要的弱力检测精密工具被广泛应用于很多精密测量以及材料特性研究等领域。目前,精密扭秤是国际公认的地面上最精密的力或力矩检测仪器之一。... 详细信息

自从Coulomb和Cavendish首次将扭秤技术应用到电磁力和万有引力等精密测量以来,扭秤作为一种主要的弱力检测精密工具被广泛应用于很多精密测量以及材料特性研究等领域。目前,精密扭秤是国际公认的地面上最精密的力或力矩检测仪器之一。本论文以空间微推进器微推力测量为研究对象,采用了扭秤悬挂推进器测力的设计方案,搭建了微推力测量实验平台,初步设计了一套完整的扭秤微推力测量系统,包括扭丝夹具、扭秤绝缘连接、推进器通电设计、扭丝退火热处理装置、光杠杆原理参考光路系统、平行板电容器施力装置等。在实验室环境下的原理实验中,准确标定了实验所使用悬丝的扭转弹性系数,并通过理论建模计算了测量标定过程中的扭转频率,其测量值和理论计算值的相对误差为0.11%,说明了测量标定取得很理想的效果。同时,在实验室环境下的原理实验中,测量了平行板电容器产生的54-323州范围的微推力,其测量精度可达到2μN,并通过理论建模对扭秤微推力测量进行了动态计算分析,得到了测力实验的平均相对误差为0.027%。实验中发现,噪音、空气流动和地面振动等外界干扰限制了扭秤最小测力,为了提高扭秤最小测力值,本文设计了减小噪音等外界干扰和限制扭秤单摆振幅的涡流损耗磁阻尼系统,目前已初步完成磁阻尼系统设计的理论计算工作,为下一步工作的开展奠定了基础。

关键词：空间推进器微推力扭秤钨丝磁阻尼位移传感器

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间接法测量微推力现状及关键问题分析

宇航计测技术 2018年第4期38卷 36-42页

作者：王大鹏金星周伟静李南雷王青王健博航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101416 西安卫星测控中心西安710043

间接法是星载微推进器推力测量的重要方法之一。将基于间接法的测量结构分为吊摆型、弹性盘型、悬臂梁型三种基本动力学构型,总结了三种结构的国内外研究现状,对比分析了三种结构的测量原理及测量特性。指出了测量理论模型、高精度参数... 详细信息

间接法是星载微推进器推力测量的重要方法之一。将基于间接法的测量结构分为吊摆型、弹性盘型、悬臂梁型三种基本动力学构型,总结了三种结构的国内外研究现状,对比分析了三种结构的测量原理及测量特性。指出了测量理论模型、高精度参数标定、高精度位移测量是测量中的关键问题,并对各关键问题中的技术难点提出了解决方法。指出建立动力学模型,确定动态推力测量方法,以及研究推进器尾喷流冲击力与实际推力之间的关系是下一步需要重点解决的问题。

关键词：微推进器微推力间接测量

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扭秤微推力测量装置的研制

扭秤微推力测量装置的研制

作者：何洪斌东北大学

学位级别：硕士

地球重力场测量卫星中的核心技术之一就是场发射电推进器FEEP (Field Emission Electric Propulsion)的设计和应用以及推进器微推力测试平台,为卫星在太空中姿态控制和无拖曳飞行控制提供技术支撑。随着空间科学的迅猛发展,空间任务需... 详细信息

地球重力场测量卫星中的核心技术之一就是场发射电推进器FEEP (Field Emission Electric Propulsion)的设计和应用以及推进器微推力测试平台,为卫星在太空中姿态控制和无拖曳飞行控制提供技术支撑。随着空间科学的迅猛发展,空间任务需求不断增加,对推进器的研究提出了更高的要求。推力测量装置可以对推进器产生的脉冲冲量和推力值进行精确测量并对其性能进行测试,对推进器的研究和发展起着关键作用。本文以中国科学院微重力实验室在精密扭秤上的研究为基础,研制了一种基于扭秤系统的微推力测量装置。主要以毫牛量级扭秤进行研究,所研制扭秤的技术指标要求：测力范围30μN～30mN,扭转周期2.1s,灵敏度6μrad/gN·m,分辨率30μN。为保证研制的扭秤达到技术指标要求,采用双扭丝拉紧结构使扭秤在受到外测量力矩作用时保证以水平扭转为主要运动方式,从而可以有效抑制测量扭转角的单摆误差效应。使用标准弱力的标定、角位移等两步标定方法对扭秤系统全面标定。通过单扭丝悬挂和双扭丝拉紧对比实验、真空泵振动影响、单路传感器与激光干涉差分测量的比较、磁阻尼系统的作用等,较为全面分析扭秤的性能及环境因素的影响。通过频谱分析扭秤的扭转频率和摆动频率的实际值,将其与设计理论值对比,并调整一致消除测量误差。通过建立微推力与扭秤扭转角的函数关系式,与理论平衡方程比较并进行误差分析和控制。通过上述分析和结构设计及误差控制,所研制扭秤的技术指标达到设计指标要求,完成了研制任务。实验中发现,扭秤微推力测量系统受到真空度、振动及噪声等环境的影响,同时对扭秤的加工和装配精度要求极高。根据测量结果的误差分析,对扭秤微推力测量装置给出了进一步提高测量精度及改进设计的措施。

关键词：推进器扭秤微推力磁阻尼位移传感器

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激光分解固体微推力器工作原理初探

固体火箭技术 2001年第2期24卷 13-15页

作者：张钢锤叶定友王华南宝江中国航天科技集团公司四院四十一所西安710025

简介了固体微推力器的发展现状和激光控制分解式固体微推力器的工作原理 ,给出了初步的原理性研究结果 ,包括工质选择及其选择原则 ,以及在激光作用下的脉冲工作曲线 ,并提出了今后研究方向。

关键词：激光分解固体推进剂微推力二氧化碳激光器航天器火箭发动机

基于LabVIEW的mN级微推力测量系统研究

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计算机测量与控制 2020年第5期28卷 61-64,70页

作者：刘岳鹏周磊马鑫北京航天试验技术研究所北京100074

针对卫星和航天器上的微小推力测量问题,设计一种mN级稳态微推力测量系统;推力架结构采用扭摆式测量原理,通过非接触式的激光位移传感器测量扭臂的偏转角度,并结合可调节的电磁平衡力来进行动态的闭环控制;微推力测量系统采用NI的控制... 详细信息

针对卫星和航天器上的微小推力测量问题,设计一种mN级稳态微推力测量系统;推力架结构采用扭摆式测量原理,通过非接触式的激光位移传感器测量扭臂的偏转角度,并结合可调节的电磁平衡力来进行动态的闭环控制;微推力测量系统采用NI的控制器和采集板卡,在LabVIEW软件中编写PID控制算法,并开发了测量和标定的应用软件来实现mN级微推力测量;试验测试利用一组精密砝码通过3次加载和卸载过程来进行系统标定性能的验证;试验结果表明,微推力测量系统能够满足量程在10~200 mN范围的测量,经分析,通过最小二乘法拟合获得的标定直线显示了良好的线性和重复性,加载和卸载过程的数据也具有较高的一致性,测量精度可达0.31%,满足mN级微推力测量的要求,确保了测量的稳定性和可靠性。

关键词： mN级微推力扭摆闭环控制电磁力