火箭发动机试验与测试技术复习题2013

火箭发动机试验与测试技术复习题2013火箭发动机试验与测量复习题名词解释①单端输入方式，②双端输入方式，③单极性信号，④双极性信号，⑤差模干扰，⑥共模干扰，⑦点火时差，⑧点火延迟期，⑨压电效应，⑩多普勒效应，⑾振动量，⑿德拜长度问答题：⑴叙述火箭发动机试验的特点。

⑵如何评估传感器的测试精度。

⑶叙述火箭发动机地面试验的特点。

⑷给出典型火箭发动机实验测量示意图。

⑸测控系统干扰来源，并解释其意义。

干扰的抑制技术有那些？⑹叙述高精度固发试车台架的特点⑺简述火箭发动机6分力测量原理⑻简述被动引射试车台组成及工作原理⑼与被动引射式高模试车台相比，叙述主动引射高模试车台的优点⑽叙述扩压器的作用⑾掌握发动机推力室试验准备阶段推进剂充填时间的测量方法。

⑿绘图说明振动测试系统的主要组成部分和振动传感器的主要指标要求。

⒀简述涡轮、涡街流量计的工作原理及测量方法。

⒁绘出量热探针的主要结构图，说明其工作原理、测量步骤和计算公式。

⒂绘出静电探针的伏安特性曲线，并对探针的不同工作区域做出说明。

⒃叙述热电偶的均质电路定律、中间金属定律、中间温度定律、标准电极定律。

⒄熟悉应变式位移传感器和差动变压器式位移传感器的工作原理。

能够绘图说明两种应变式位移传感器的测量原理。

⒅涡轮泵试验内容主要包括哪些内容？⒆热电偶冷端温度补偿主要有哪些方式？并解释⒇低温温度高精度测量时需要注意的几个基本原则问题？[21]发动机试验过程中自动器的控制程序包括几种类型？[22]简述常用热电偶的材料和分类。

[23]激光多普勒测速的基本光路有几种，解释说明其特点。

绘出参考光束系统简图。

无：初始地址：使用板卡时，需要对卡上的一组寄存器进行操作，这组寄存器占用数个连续的地址，一般将其中最低的地址值定为此卡的初始地址，这个地址需使用卡上的拨码开关来设置接触式测量：接触式测温是基于热平衡原理，即测温敏感元件(传感器)必须与被测介质接触，是两者处于平衡状态，具有同一温度。

如水银温度计、热敏电阻、热电偶等。

1.图示典型固体火箭发动机推力与压强曲线，给出各特征点定义推力与压强曲线特征点定义•t0 —时间零点。

指点火信号给出的时刻•ti —发劢机工作时间起点。

即压强升到设计的平均压力的5%时对应的时刻•tbf —燃烧终了时刻。

发劢机装药肉厚燃烧完了的时刻•tb —燃烧时间。

指装药肉厚燃烧时间即tbf不ti之间的时间间隔•ta —工作时间。

在p-t曲线上，taf不ti之间的时间间隔•taf—工作终点时刻。

一般规定压强下降到300KPa值对应的时刻2.图示说明固体火箭发动机燃烧终了时刻的确定方法1.双切线法•角平分线不p-t曲线的交点•DE中线不p-t曲线的交点•切线交点对应的时刻•2.特征值dp/dt法（计算机方法）•dp/dt的值为一预估的常数或基亍试验内弹道曲线某一规定下的变量•3.二阶倒数法（计算机方法）•dp/dt变化率最大点为燃尽时刻备考答案各路输入信号不共地。

如信号来自不同0~10V 。

-5~+5V 。

是指干扰信号使测量设备的一个输入端的电位相对另一个输入端的电（通常是接地点）而言的，它在设备的两个输入端同时出现干扰，若设备的输入电路不对称，共模干扰就变成差模干扰而引入系统中。

⑦ 点火时差---从推进剂的一种组元进入燃烧室至推进剂点火有一个时差。

造成这种时差的因素有两个：一个是由于推进剂的两个主阀门不可能绝对同时打开，以及主阀门后供应管路的管径、管长和流阻情况不同；二是起动程序要求两种组元必须分先后进入燃烧室(对于自燃推进剂会因着火延迟期造)。

时差大小决定于推进剂的化学活性，其值一般在0.02-0.04s 内。

⑨ 压电效应---某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。

当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。

当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。

相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

⑩ 多普勒效应---相对运动体之间有电波传输时，其传输频率随瞬时相对距离的缩短和增大而相应增通常把具有时间周期性的运动称为振动。

从广义上说，任何一个物理量在某一数值附近作周期性的变化，都称为振动。

振动量通常指反映振动的强弱程度的量，亦即指振动位移，振动速度和振动加速度的大小。

这三者之间存在着确定的微分或积分关系。

⑿ 德拜长度---热等离子体中的电中性条件通常仅在很小尺度内因热电子的热运动而有所违背，该尺度以Debye 长度表征，其数值与等离子体温度及带电粒子数密度有关。

Debye 长度的计算公式为：Dλ=，国际单位制中：D λ=问答题：①复杂的综合技术、庞大的系统工程；如试验过程、设备、仪器、控制、数据测量、推进剂等。

②试验阶段工作量为“金字塔”型；③需要复杂的高空环境模拟试验；④测量系统规模庞大、结构复杂、测量精度高、数据量大；⑤试验费用高，大于70%的总费用⑥不安全因素多，危险性大；⑵ 如何评估传感器的测试精度用静态特性以及动态特性来表征传感器的性能。

静态特性有：静态特性曲线、量程、线性度（非线性、线性误差）、迟滞（滞后）、重复性（重复误差）、精度、灵敏度、阈值、分辨力（率）、漂移和过载能力。

动态特性：从时域与频域两个方面来分析：瞬时响应法、频率响应法确定传感器精度等级一般用：a、分指标表示法，用重复性、非线性、迟滞的单项误差给出；b、综合表示法，用重复性、非线性、迟滞三项的综合指标来表示或者采用系统误差加随机误差（不确定度综合法）表示。

还有以工业上仪表的精度的定义给出精度。

⑶叙述火箭发动机地面试验的特点①地面静态试验是除实际发射以外最复杂的大型试验②地面试验是决定飞行成功的先决条件③复杂的测试系统是整个金字塔的核心④分析表明，在置信度一定时，试验次数随系统精度↗而↘⑤系统总精度很大程度上受到传感器精度的制约⑷给出典型火箭发动机实验测量示意图⑸测控系统干扰来源，并解释其意义。

干扰的抑制技术有那些？测量和控制系统工作时，会受到系统内外的干扰，影响测量精度和系统可靠性；干扰来源：1）电噪声； 2）有用信号的串扰；电噪声主要指自然噪声、人为噪声、电路噪声等以杂波形式干扰正常传递的测控信号；有用信号的串扰指测控系统内部某一路信号或其他系统信号串入测量路中，造成测量结果不可信或控制失灵；为了得到理想的测量信号，在测量系统中采用抗干扰措施是必要的，尤其是对微弱信号机动态参数的测量更为必要。

干扰抑制技术主要有：屏蔽技术、接地技术、浮置技术、滤波技术。

⑹ 叙述高精度固发试车台架的特点⑴动架和静架之间采用弹性元件连接，⑵选用高精度的传感器，⑶采用原位校准技术，⑷使用高精度安装对准工具，⑸设计为整体结构⑺ 简述火箭发动机6分力测量原理6分力试车架利用刚体平衡原理，适当布置约束，以限制发动机的6个自由度（3个移动自由度和3个转动自由度），使之处于静定平衡状态。

每一约束均由带传感器的测力组件来承担，通过挠性件将相互间的干扰减至最小。

试车测得6个约束承受的6个分。

根据6个分力的作用点和方向进行空间向量合成，求出推力向量大小、方向和作用点。

利用力的平衡关系可求出六个分力的设计载荷。

;cos sin ;cos sin 21;cos sin ;;;cos 454332316⎪⎭⎫ ⎝⎛+==⎪⎭⎫ ⎝⎛+==⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=H L F F F H L F F F H L F F Mg F γργγργγργγL3－发动机质心C 与F4之间的距离（m ）L4－发动机质心C 与F1之间的距离（m ）H －试车架结构尺寸（m ）当测量姿态控制力矩时，一般给定 F c 及L2 ，则可得;;;121;;1;;254232216H L F F F H L F F F H L F F Mg F F c c c z ==⎪⎭⎫ ⎝⎛+==⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=Fc －发动机的侧向控制力（可能沿x 方向作用亦可能沿y方向作用）L2－发动机的侧向力作用点到xoy 平面间的距离。

⑻ 简述被动引射试车台组成及工作原理组成：主要由试验舱、排气扩压器、扩压器堵盖、机械真空泵、补气系统、冷却系统等组成。

原理：被动引射高模试车台在进行高模试车时，试验舱内低压环境的获得是依靠发动机点火工作时，从喷管中排出的超声速燃气通过扩压器后，流速降低、压力增高而排入大气，在燃气排出的同时与来自试验舱的空气流混合而被一同携带排入大气，使试验舱在发动机的稳态工作期间内，维持一定的低压状态。

在扩压器正常运转期间，试验舱压力大小与发动机燃烧室压力及扩压器几何尺寸有关。

工作过程：① 当发动机与扩压器按要求安装后，将扩压器堵盖连接于扩压器出口端面。

②打开试验舱与真空泵相连的阀门、开启真空泵对试验舱进行抽空直至达到模拟高空点火所需的压力。

③ 拧下扩压器堵盖上的连接螺栓，打开扩压器冷却水供给系统，发动机按程序进行点火。

④ 点火后发动机排出的燃气冲开堵盖排入大气，在发动机工作至推进剂燃烧结束时，由于燃烧室压力下降，扩压器已不能正常运转，燃气将在外压作用下部分回流入试验舱。

⑤ 为了减少燃气回流造成的不利影响，在此时将位于试验舱后端的补气阀门打开，外部的空气迅速进入试验舱，使舱压与外部环境压力平衡。

① 模拟高度高。

根据试验要求，配备适当能力的抽气系统可获得≧30km 的模拟高度，保证了发动机喷管面积比≦100的喷管在试车全过程中处于满流工作状态；② 无回流冲击。

由于外加排气抽吸系统，可以保证在试验全程(从发动机点火到燃烧结束)中试验舱内压力稳定，回流冲击很小，甚至没有回流冲击，不会造成大面积比喷管或轻质可延伸出口锥结构的损坏并能精确测量发动机工作全程中的推力和总冲，推力测量的不确定度可以达到<0.5%； ③ 可进行摆动喷管的推力矢量控制试验。

外加排气抽气系统后，排气扩压器的出口反压降低，扩压器的直径可以增大，满足了喷管在全轴摆动(摆角最大可达8°)下进行高模试验。

从而考核摆动喷管的结构性能和动态性能，精确测量伺服系统的作动力和发动机的侧向分力；④ 便于试后处理 可根据需要，在发动机工作结果后继续保持试验舱内的低压状态，以利于试验后的校准，提高测量精度；⑤ 对环境保护有利 由于燃气经过喷水冷却，可使燃气中的有害成分和微粒大部分得以消除，使排气得到净化，减少环境污染；⑥ 可进行较多项目的考核 由于试车台功能的增加，可以在一次试车中考核多个项目，从而减少研制过程中全尺寸发动机的试车数量。

扩压器是发动机高模试验中不可缺少的设备。

扩压器的作用：① 是使在其中流动的超声速气流产生压力恢复(即增压)，到扩压器出口截面上气流静压恢复到当地大气压力，而后排放到大气中；② 是利用发动机的燃气流抽吸试验舱内的空气，起到引射作用，从而达到保持喷管满流和维持试验舱内稳定的低气压环境的目的。