北航_姿控发动机

1.实验目的
(1) 验证比例调节原理在姿控系统中对推力的调节特性；
(2) 探索电机控制的推力调节发动机的设计原理；
(3) 探索多喷管姿控系统的工作方式。

2.实验内容
(1) 开展靶标法推力测量；
(2) 单推力器试验，研究推力大小与阀杆位移的关系；
(3) 双推力器协同工作试验，观察集气室压波动。

3.实验步骤
姿控系统（ACS）试验件包括#1和#2推力器，其结构形式相同，轴线相互垂直。

推力器主要由阀杆、集气室、喷管、电机、偏心轴、滑块、音速喷嘴、供气管路和各测试接头等组成。

图 1 双推力器实验件结构简图
3.1.单推力器静态试验
(1) 连接各部件（不含音速喷嘴），确保各系统连接良好；
(2) 控制器点动，控制阀杆到达固定位置，保持电机上电状态；
(3) 调节配气台出口压力至设计压强；
(4) 采集仪开始记录数据；
(5) 打开电磁阀开关，喷管产生推力。

(6) 先关闭电磁阀，再停止采集；
(7) 重复2~6步骤，使阀杆处于不同位置；
(8) 实验完成，断开电机电源；
(9) 由实验记录数据，分析推力器推力与阀杆位置之间的关系。

3.2.双推力器协同试验
(1) 连接各部件（含音速喷嘴），确保各系统连接良好；
(2) 调节控制器，使1#推力器关闭，2#推力器全开；
(3) 调节配气台出口压力至设计压强；
(4) 采集仪开始记录数据；
(5) 打开电磁阀开关，喷管产生推力。

(6) 使2#推力器逐渐关闭（1#逐渐打开），同时作动同时停止；
(7) 实验完成，先关闭电磁阀，再停止采集；
(8) 对比试验：重复2~7步骤，此过程中1#始终保持关闭；
(9) 打开放气阀，使配气台内气体排出；
(10)根据数据，分析试验过程中合力的变化；比较单推和双推工作时集气室的压强波动。

4.单推力器静态试验
4.1.计算理论推力-位移关系
节流面面积为：
其中：
取完全关闭时，，，此时推力；
当最大行程时：，可得：
代入设计参数得：
解得：
，舍
此时推力：
由于推力与位移近似成正比关系，因此推力与位移之间的关系近似表示为：
F=6.84x
单位：；。

4.2.数据处理
本实验测量了位移分别为0.26mm，0.50mm，0.75mm，1.00mm时的推力大小，结果如下：
图 2 位移0.26mm时推力
图 3 位移0.50mm时推力
图 4 位移0.75mm时推力
不同位移下的实际推力与理论推力如下表所示：
测量值和理论值之间的误差很大。

图 6 测量值和位移之间的关系
图7 测量值和理论值对比
4.3.小结
由图可知，当位移小于0.75mm时，推力和位移之间近似成线性关系，关系式为：
线性度非常好，但存在零漂，当位移为零时推力不等于零。

由表可知，测量值和理论值之间的误差很大，可能的原因有：
（1）位移传感器在测量滑块位移时有一定的误差；
（2）推力传感器测量推力时有一定的误差；
（3）仪器年久失修，误差较大。

5.双推力器协同试验
双推力试验过程中各推力器推力及其合力的变化如下图所示：
图8 双推力器协同试验推力变化
由于1#推力器与2#推力器的开度之和等于单推力器最大推力时的开度，因此，两个推力器的推力代数和等于单推力器的最大推力，集气室的压强也与单推力器时相等。

双推力器工作时，通过调节推力器的开度，从而控制各个推力器的推力大小，从而使合力的方向及大小发生变化。

双推力器时压强波动如下图所示：
单推力器时压强波动如下图所示：
图10 单推力时压强波动
在1#推力器始终关闭的实验中，2#推力器完全关闭时，由于上游的音速喷嘴并没有
关闭，因此集气室的压强会提高。

在1#推力器先关闭后打开的实验中，当1#推力器打开
时，总的开度突然增大，集气室中的气体流出喷管的流量增大，因此集气室的压强会减小。

当双推力器稳定工作时，集气室的压强又等于单推力器工作时的压强。

6.思考题
减小集气室压强波动在实际应用中的意义，提出对本试验的改进建议。

答：减小集气室的压强波动可以提高发动机的稳定性，减小对发动机冲击，降低对发动机的强度要求。

对本实验的改进建议：希望多增加几台装置，同时修复位移传感器，方便同学们同时操作。