Способ измерения силы тяги электрореактивного двигателя (варианты) и устройство для его осуществления
Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к средствам измерения силы тяги электрореактивных двигателей. Способ по первому варианту состоит в том, что размещают двигатель на подвижной системе тягоизмерительного устройства, осуществляют запуск двигателя, передачу сигнала с подвижной системы на датчик тягоизмерительного устройства, снятие показаний датчика. Затем производят прекращение передачи сигнала с подвижной системы на датчик и снятие показаний датчика. Сила тяги двигателя определяется разностью показаний датчика, определенных при наличии передачи сигнала и при прекращении передачи этого сигнала. Способ по второму варианту состоит в том, что размещают двигатель на подвижной системе тягоизмерительного устройства, осуществляют запуск двигателя, передачу сигнала с подвижной системы на датчик этого устройства, снятие показаний датчика. Затем отключают двигатель и определяют первую разность показаний датчика до и после отключения двигателя, затем производят прекращение передачи сигнала с подвижной системы на датчик. Вновь запускают двигатель, производят снятие показаний датчика, после чего отключают двигатель, производят опять снятие показаний датчика и определяют вторую разность показаний датчика до и после отключения двигателя. Силу тяги определяют вычитанием из первой разности показаний датчика вторую разность показаний датчика. Устройство содержит подвижную систему (1) с установленным на нем двигателем (2), датчик силы тяги (3), элемент передачи силы тяги (4) двигателя от подвижной системы (1) на датчик (3). При этом элемент передачи силы тяги (4) снабжен механизмом (5), служащим для рассоединения датчика силы тяги (3) и подвижной системы (1). Технический результат: повышение точности измерений. 3 н. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к средствам измерения силы тяги электрореактивных двигателей, в частности плазменных ускорителей с замкнутым дрейфом электронов, магнитоплазмодинамических двигателей, и может также использоваться для измерения силы тяги, создаваемой различными генераторами плазменных струй.
Важной проблемой при проведении испытаний электрореактивных двигателей является повышение точности измерения силы тяги. В значительной мере точность измерения силы тяги связана со сложностью учета электромагнитных помех (так называемых "наводок" на показания тягоизмерительного устройства), первичным генератором которых является сам двигатель. Известен способ измерения силы тяги электрореактивного двигателя (1), согласно которому двигатель размещают на подвижную систему тягоизмерительного устройства (ТИУ), причем вместе с двигателем на эту систему устанавливают приемник пучка плазменной струи ("killer"), истекающей из двигателя. С помощью специального устройства приемник пучка может устанавливаться напротив двигателя таким образом, что плазменная струя двигателя попадает прямо в приемник пучка. Величину силы тяги определяют по разности показаний ТИУ до и после установки приемника пучка напротив двигателя. При этом электромагнитные помехи, возникающие при работе двигателя, практически не влияют на результат измерения силы тяги, поскольку эти помехи присутствуют до и после установки приемника пучка напротив двигателя и "вычитаются" при определении величины силы тяги. Однако данный способ имеет целый ряд недостатков. Во-первых, размещение на подвижной системе ТИУ приемника пучка с устройством его перемещения приводит к значительному усложнению конструкции ТИУ, к увеличению веса подвижной системы. Увеличение веса подвижной системы увеличивает трение в ее опорах, что, соответственно, увеличивает погрешность измерения силы тяги. Во-вторых, перемещение приемника пучка на подвижной системе ТИУ само по себе может вызвать изменение показаний ТИУ, что также отрицательно сказывается на точности измерения силы тяги. В третьих, часть струи из двигателя может не попадать внутрь приемника пучка, что приведет к искажению результатов измерения. В-четвертых, частицы струи, истекающей из двигателя, могут испытывать упругое соударение с внутренними поверхностями приемника пучка, при этом будет иметь место значительная скорость истечения потока отраженных от приемника пучка частиц. В этом случае приемнику пучка будет сообщен импульс силы, превосходящий импульс истекающей из двигателя струи, что также приведет к искажению результатов измерения силы тяги двигателя. Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности признаков является способ измерения силы тяги и устройство для его реализации (2), заключающиеся в том, что двигатель размещают на подвижной системе ТИУ, осуществляют запуск двигателя, при этом производят передачу сигнала от подвижной системы на датчик ТИУ и производят снятие показаний датчика при работе двигателя. Запуск двигателя проводят поэтапно, сначала подают рабочее вещество в двигатель и включают магнитное поле, а затем осуществляют разряд двигателя. Для повышения точности измерения силы тяги помехи, вызванные наложением внешнего магнитного поля, вычитают из измеренных значений силы тяги. Кроме того, учитывают помехи, связанные с эффектом дрейфа "нуля", то есть с изменением показаний ТИУ в процессе испытаний двигателя, не связанным с изменением тяги самого двигателя, изменением расхода рабочего вещества, магнитного поля и т.д. (эффект дрейфа "нуля" в первую очередь определяется нагреванием элементов конструкции ТИУ). Недостатком данного способа является то, что при определении величины силы тяги двигателя остаются неучтенными электромагнитные помехи, первично генерируемые двигателем. При этом источником этих помех для ТИУ может являться не только сам двигатель, но и кабели его электропитания, а также истекающая из двигателя струя. Следует также учесть, что при протекании электрического тока по кабелям питания разряда двигателя между этими кабелями будет наблюдаться силовое взаимодействие. Часть кабелей, подходящих непосредственно к двигателю, располагается на подвижной системе ТИУ, а часть - вне ее. При работе двигателя между этими частями кабелей будут возникать силовые взаимодействия, которые, в свою очередь, приведут к созданию дополнительной силы на подвижную систему ТИУ, что понижает точность измерения силы тяги двигателя. Величина этой дополнительной силы может быть соразмерна с величиной силы тяги самого двигателя. При измерении силы тяги данным способом вышеуказанные помехи не вычитаются из показаний ТИУ, что понижает точность измерения. Кроме того, дрейф "нуля" ТИУ при испытаниях ряда двигателей может быть очень существенным. В данном способе величина дрейфа "нуля" определяется по окончании испытаний двигателя, то есть через значительное время от начала запуска двигателя, а не в каждый момент измерения силы тяги. Поскольку величина дрейфа "нуля" является трудно определяемой функцией времени испытания двигателя, режима его работы и др., то неточное определение величины дрейфа "нуля" является причиной соответствующего понижения точности измерения силы тяги двигателя. Целью изобретения является повышение точности измерения силы тяги электрореактивного двигателя путем исключения воздействия электромагнитных помех, возникающих при работе двигателя, на результат измерения силы тяги двигателя. Поставленная цель достигается тем, что (способ 1) размещают двигатель на подвижной системе тягоизмерительного устройства, осуществляют запуск двигателя, передачу сигнала с подвижной системы на датчик тягоизмерительного устройства, снятие показаний датчика, затем производят прекращение передачи сигнала с подвижной системы на датчик, снятие показаний датчика, причем сила тяги двигателя определяется разностью показаний датчика, определенных при наличии передачи сигнала с подвижной системы на датчик и показаний датчика, определенных при прекращении передачи этого сигнала. Поставленная цель достигается также тем, что (способ 2) размещают двигатель на подвижной системе тягоизмерительного устройства, осуществляют запуск двигателя, передачу сигнала с подвижной системы на датчик тягоизмерительного устройства, снятие показаний датчика, затем отключают двигатель и определяют разность показаний датчика до и после отключения двигателя, после чего производят прекращение передачи сигнала с подвижной системы на датчик, затем запускают двигатель, производят опять снятие показаний датчика, после чего вновь отключают двигатель, производят опять снятие показаний датчика и определяют разность показаний датчика до и после отключения двигателя, причем силу тяги определяют вычитанием из разности показаний датчика до и после отключения двигателя при наличии передачи сигнала с подвижной системы на датчик величины разности показаний датчика до и после отключения двигателя, определенных при прекращении передачи сигнала на датчик. Устройство для измерения силы тяги электрореактивного двигателя включает подвижную систему с установленным на ней двигателем, датчик силы тяги, элемент передачи силы тяги двигателя от подвижной системы на датчик, причем элемент передачи силы тяги снабжен механизмом, служащим для рассоединения датчика силы тяги и подвижной системы. Элемент передачи силы тяги двигателя может содержать жестко соединенную с датчиком пластину, установленную в плоскости, перпендикулярной направлению вектора тяги, шток, расположенный по направлению вектора тяги и упирающийся в эту пластину, причем механизм для рассоединения датчика и подвижной системы может быть выполнен в виде электрического привода, соединенного с подвижной системой. Устройство может иметь две подвижные системы, соединенные между собой элементом передачи силы тяги двигателя, причем на одну из них установлен двигатель, а вторая соединена с датчиком силы. Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами. На фиг.1 и 2 изображены циклограммы процесса измерения тяги по способам 1 и 2 соответственно, на фиг.3 схематично изображено тягоизмерительное устройство. Способ 1 измерения силы тяги электрореактивного двигателя заключается в том, что (см. фиг.1) осуществляют запуск двигателя, установленного на подвижной системе ТИУ, и производят снятие показаний датчика при наличии передачи сигнала с подвижной системы на датчик. При этом показание датчика Fизм 1 будет определяться как силой тяги двигателя Fд, так и добавкой в измеряемый сигнал Fп, вызванной наличием электромагнитных помех, генерируемых двигателем, то есть Fизм 1=Fд+Fп. Затем производят прекращение передачи сигнала с подвижной системы на датчик, после чего вновь производят снятие показаний датчика. В этом случае показания датчика Fизм 2, на который не осуществляется передача сигнала, пропорционального силе тяги двигателя, будут определяться величиной добавки Fп, то есть Fизм 2=Fп. Измеряемая величина силы тяги двигателя F будет определяться разностью показаний датчика Fизм 1 и Fизм 2, определенных при наличии передачи сигнала на датчик и прекращении передачи сигнала, то есть: F=Fизм 1-Fизм 2=(Fд+Fп)-Fп=Fд. Таким образом, данный способ позволяет полностью учесть и исключить воздействие электромагнитных помех, возникающих при работе двигателя, на результат измерения силы тяги двигателя. Здесь следует подчеркнуть, что операция прекращения передачи сигнала с подвижной системы на датчик ТИУ технически сравнительно легко выполнима, она не требует существенного усложнения конструкции ТИУ и утяжеления ее подвижной системы. С целью еще большего повышения точности измерения силы тяги двигателя путем полноценного учета влияния дрейфа "нуля" ТИУ в процессе испытаний двигателя, целесообразно применить способ 2 измерения силы тяги. Этот способ наиболее эффективен в ТИУ, имеющих значительные величины дрейфа "нуля". Данный способ заключается в том, что (см. фиг.2) осуществляют запуск двигателя, установленного на подвижной системе ТИУ и производят снятие показаний датчика изм 1 при наличии передачи сигнала с подвижной системы на датчик. При этом показания датчика Fизм 1 определяются силой тяги двигателя Fд, добавкой Fп, связанной с наличием электромагнитных помех, и величиной дрейфа "нуля" ТИУ - Fдр 1, то есть Fизм 1=Fд+Fп+Fдр 1. Затем отключают двигатель и производят снятие показаний датчика Fизм 3. Поскольку время отключения двигателя и время измерения показаний датчика ТИУ мало по сравнению со временем проведения испытаний двигателя, то за это время заметного дрейфа "нуля" ТИУ не произойдет. Тогда можно считать, что показания датчика Fизм 3 будут равны Fдр 1. Далее определяют разность показаний датчика до и после отключения двигателя, при этом определяют величину









Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3