火箭喷管摆动角度测量方法和装置
阅读说明：本技术 火箭喷管摆动角度测量方法和装置 (Rocket nozzle swing angle measuring method and device ) 是由 李磊 魏厚震 王皓 刘冠达 余东东 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本说明书提供一种火箭喷管摆动角度的测量方法和装置,方法包括：将安装有三轴加速度传感器的定位套环固定在喷管的表面上,并获取三轴加速度传感器输出的初始信号；定位套环固定在喷管的表面上后,定位套环的第一定位面贴合喷管上的轴向定位台,定位套环的内侧仿型面贴合喷管的外周面；驱动喷管转动,获取三轴加速度传感器输出的摆动信号；根据述初始信号和摆动信号,计算喷管的摆动角度。前述方法直接利用加速度测量方式确定喷管的摆动角度,其测量数据置信度高；在加速度传感器精度达到特定要求,测量的误差很小。另外,此方法和装置具有可以快速拆卸、使用定标方便的特点,可以提高测试效率。(The specification provides a method and a device for measuring the swing angle of a rocket nozzle, wherein the method comprises the following steps: fixing a positioning lantern ring provided with a triaxial acceleration sensor on the surface of the spray pipe, and acquiring an initial signal output by the triaxial acceleration sensor; after the positioning sleeve ring is fixed on the surface of the spray pipe, a first positioning surface of the positioning sleeve ring is attached to an axial positioning table on the spray pipe, and an inner profile surface of the positioning sleeve ring is attached to the outer peripheral surface of the spray pipe; driving the spray pipe to rotate to obtain a swing signal output by the triaxial acceleration sensor; and calculating the swing angle of the spray pipe according to the initial signal and the swing signal. The method directly utilizes an acceleration measurement mode to determine the swing angle of the spray pipe, and the confidence coefficient of the measured data is high; when the precision of the acceleration sensor reaches a specific requirement, the measurement error is very small. In addition, the method and the device have the characteristics of quick disassembly and convenient use and calibration, and can improve the testing efficiency.)
技术领域
本发明涉及火箭总装测试技术领域，尤其涉及火箭喷管摆动角度测量方法和装置。
背景技术
火箭整装验证测试过程中，需要测试伺服机构按照设定指令驱动喷管摆动后，喷管角度是否达到设定的摆动角度。
因为喷管形状特别，常规的角位移传感器、编码器等同轴安装的角度传感器无法直接应用于喷管的角度测量。为克服此类问题，有些厂家通过伺服控制机构中的位移传感器检测伺服控制机构的动作特性，并根据伺服机构的动作特性反算喷管的摆动角度；有些厂家采用三坐标激光测量、图像识别等方式对喷管姿态特性进行处理，再根据基准坐标反算出喷管的位置，继而确定喷管的摆动角度。前述方法均采用间接测量方法测试喷管特性，测试过程中任何系统性问题都可能造成测试结果的不准确。另外，采用伺服机构反算摆动角度过程非线性较大，测量误差较大；采用三坐标激光测量和图像识别等方法需要前期复杂的定标过程，测试复杂，不适宜测试现场的测试效率需求。
发明内容
本说明书提供一种火箭喷管摆动角度测量方法，用于快速方便的测量喷管的摆动角度。
本说明书提供＝一种火箭喷管摆动角度的测量方法，包括：
将安装有三轴加速度传感器的定位套环固定在所述喷管的表面上，并获取所述三轴加速度传感器输出的初始信号；所述定位套环固定在所述喷管的表面上后，所述定位套环的第一定位面贴合所述喷管上的轴向定位台，所述定位套环的内侧仿型面贴合所述喷管的外周面；
驱动所述喷管转动，获取所述三轴加速度传感器输出的摆动信号；
根据述初始信号和所述摆动信号，计算所述喷管的摆动角度。
可选地，所述喷管的横截面为一圆环面；所述定位套环为一圆环；
将安装有三轴加速度传感器的定位套环固定在所述喷管的表面上，并获取所述三轴加速度传感器输出的初始信号，包括：
将两个所述三轴加速度传感器安装在所述定位套环上，使得两个所述三轴加速度传感器相对所述定位套环的圆心的夹角为直角；
将所述定位套环固定在所述喷管的表面上；
分别获取两个所述三轴加速度传感器输出的初始信号。
可选地，根据所三轴加速度传感器述初始信号和所述摆动信号，计算所述喷管摆动角度，包括：
采用计算所述喷管的摆动角度；
其中：[ax0,ay0,az0]为所述初始信号；[ax,ay,az]为所述摆动信号。
可选地，将安装有三轴加速度传感器的定位套环固定在所述喷管的表面上，包括：使所述定位套环的第二定位面贴合所述喷管的周向定位台，以实现所述定位套环相对于所述喷管在周向方向的定位。
本说明书提供一种火箭喷管摆动角度测量装置，包括：
定位套环；所述定位套环包括用于与所述喷管的轴向定位台配合的第一定位面，以及与所述喷管的外周面贴合的内侧仿型面；在所述定位套环固定在所述喷管上后，所述第一定位面贴合所述喷管的轴向定位台，所述内侧仿型面贴合所述喷管的外周面；
三轴加速度传感器，固定在所述定位套环，用于测量的初始信号和输出信号；
计算单元，用于根据所述初始信号和所述输出信号计算所述喷管的摆动角度。
可选地，所述定位套环为一圆环；
所述三轴加速度传感器的数量为两个；
两个所述三轴加速度传感器相对所述定位套环的圆心的夹角为直角。
可选地，所述定位套环上设置有定位螺孔；
所述加速度传感器通过螺钉与所述定位螺孔配合而安装在所述定位套环上。
可选地，所述定位套环上还设置有定位槽；
所述加速度传感器的表面设置有定位凸起；
所述定位凸起与所述定位槽配合而实现所述加速度传感器的位置设定。
可选地，所述定位套环还包括第二定位面；
将安装有加速度传感器的定位套环固定在所述喷管的表面后，所述第二定位面贴合所述喷管的周向定位台。
可选地，所述定位套环包括多个扇形部；相邻的扇形部通过螺栓连接；
所述第二定位面为所述扇形部的端面；
所述定位套环固定在所述喷管的表面上后，所述周向定位台夹在相邻的两个所述扇形部的第二定位面之间。
本说明书提供的测量装置和测量方法，通过加工特定特性的定位套环而将加速度传感器安装在喷管表面，利用三轴加速度传感器测量的加速度实现喷管摆动角度的测量。前述方法直接利用加速度测量方式确定喷管的摆动角度，其测量数据置信度高；在加速度传感器精度达到特定要求，测量的误差很小。另外，此方法和装置具有可以快速拆卸、使用定标方便的特点，可以提高测试效率。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是实施例提供的测量装置安装在喷管上时的结构示意图；
图2是实施例提供的喷管摆动角度测量方法流程图；
其中：11-喷管，111-轴向定位台，12-定位套环，121-第一定位面，122-扇形部，123-第二定位面，13-加速度传感器。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本说明书实施例提供一种火箭喷管摆动角度的测量方法和测量装置。
图1是实施例提供的测量装置安装在喷管上时的结构示意图。如图1所示，本实施例中的测量装置包括定位套环12和三轴加速度传感器13；三轴加速度传感器13安装在定位套环12上；定位套环12用于实现与喷管11的固定连接，继而实现三轴加速度传感器13相对于喷管11的固定。
本实施例中，在喷管11设计和加工时，在喷管11的外周面设置轴向定位台111；轴向定位台111用于实现对定位套环12的轴向定位。
定位套环12包括第一定位面121和内侧仿型面。第一定位面121设置在定位套环12横截面尺寸较小的一端，其用于和喷管11上的轴向定位台111配合；内侧仿型面和喷管11的第一部分的外周面尺寸相同，前述第一部分为喷管11在轴向定位台111的定位面一侧的圆周部分；在定位套环12固定在喷管11上后，第一定位面121贴合喷管11的轴向定位台111，内侧仿型面与喷管11的外周面贴合。
可以想到，因为在喷管11喷射方向其横截面尺寸逐渐增大，所以前述定位套环12的内侧仿型面可以起到定位作用，防止定位套环12沿着喷管11的喷射方向移动；而第一定位面121与喷管11上的轴向定位台111配合后可以实现喷管11喷射相反方向的定位。另外，在定位套环12相对于喷管11实现周向定位的情况下，定位套环12相对于喷管11的位置固定；相应地，三轴加速度传感器13相对于喷管11的位置固定。
本实施例中，在定位套环12固定在喷管11上后，各个三轴加速度传感器13相对于喷管11的位置固定；另外，各个三轴加速度传感器13检测方向不同。
基于前述的结构，本实施例提供一种喷管11摆动角度测量方法。图2是实施例提供的喷管摆动角度测量方法流程图。如图2所示，方法包括步骤S101-S103。
S101：将安装三轴加速度传感器的定位套环固定在喷管的表面，确定三轴加速度传感器的初始信号。
具体应用中，可以将三轴加速度传感器13固定在定位套环12上，实现其相对于定位套环12的位置固定并确定相对于定位套环12的角度后，再将定位套环12固定在喷管11上；也可以先将定位套环12固定在喷管11上，再将三轴加速度传感器13固定到定位套环12上。
S102：驱动喷管转动，获取三轴加速度传感器输出的摆动信号。
S103：根据初始信号和摆动信号计算喷管的摆动角度。
本实施例提供的测量装置和测量方法，通过特定结构的定位套环而将三轴加速度传感器安装在喷管表面，利用三轴加速度传感器13测量的加速度实现喷管摆动角度的测量。前述方法直接利用加速度测量方式确定喷管的摆动角度，其测量数据置信度高；在三轴加速度传感器精度达到特定要求，测量的误差很小。另外，此方法和装置具有可以快速拆卸、使用定标方便的特点，可以提高测试效率。
如图1所示，本实施例中的喷管11为一横截面为圆环型的喷管11，喷管11的周侧面的横截面也为圆环面；对应的定位套环12也为也为一圆环。本实施例中，三轴加速度传感器13的数量为两个。两个三轴加速度传感器13安装在定位套环12而固定在喷管11上后，其相对于定位套环的圆心的较为直角，以使得两个三轴加速度传感器检测维度垂直。
本实施例中，一个三轴加速度传感器13输出的初始信号为[ax0,ay0,az0]，测量的摆动信号为[ax,ay,az]，其测量喷管在相应维度上的摆动角度为
以下对摆动角的计算原理做一分析。
其中三轴加速度传感器的初始信号为[ax0,ay0,az0]；假设其在相应维度上的摆动角度为θ，则其中Rθ为绕相应轴转动θ的旋转矩阵，代入到前述公式及可以得到
本说明书提供的测量装置和测量方法，通过加工特定特性的定位套环而将加速度传感器安装在喷管表面，利用三轴加速度传感器测量的加速度实现喷管摆动角度的测量。前述方法直接利用加速度测量方式确定喷管的摆动角度，其测量数据置信度高；在加速度传感器精度达到特定要求，测量的误差很小。另外，此方法和装置具有可以快速拆卸、使用定标方便的特点，可以提高测试效率。
本实施例中，除了具有前述的第一定位面121，定位套环12还包括第二定位面123；第二定位面123用于实现定位套环12的周向定位。对应的，为了实现定位套环12的周向定位，喷管11还包括周向定位台。在定位套环12固定在喷管11上后，第二定位面123贴合喷管11的周向定位台而实现周向定位。可以想到，采用第二定位面123和周向定位台配合，可以避免在测试过程中定位套环12绕喷管11转动。
如图1所示，本实施例中，定位套环12包括多个扇形部122；相邻的扇形部122通过螺栓连接。第二定位面123为前述的扇形部122的断面；定位套环12固定在喷管11的表面上后，周向定位台(图中未示出)夹设在相邻的两个扇形部122的第二定位面123之间。在其他实施例中，第二定位面123也可以设置在其他位置，只要其能够实现相对于喷管11的周向定位即可。
另外，在其他实施例中，如果定位套环12和喷管11的表面之间具有较大的摩擦力，或者定位套环12的设置使得其重量分布均匀，并不会发生相对于喷管11的转动问题，也可以不设置其第二定位面123。
以下就本实施例中，三轴加速度传感器13如何固定在定位套环12上做介绍。如图1所示，本实施例中，定位套环12上设置有定位螺孔；三轴加速度传感器13通过螺钉与定位螺孔配合而安装在定位套环12上，并实现相对于喷管11的角度设定。另外，定位套环12上还可以设置定位槽，对应的在三轴加速度传感器13的表面设置定位凸起，以通过定位凸起和定位槽的配合而实现三轴加速度传感器13的位置设定。
本实施例中，各个三轴加速度传感器13均为仅能实现一个方向加速度测量的传感器，也就是三轴加速度传感器13为分立式传感器；在其他实施例中，三轴加速度传感器13也可以为多轴集成式的传感器。
应当注意，为了实现前述的方法，本实施例的火箭喷管摆动角度测量装置还应当具有相应的数据处理板卡，以及相应的输入接口和输出接口；在一个应用中，数据处理板卡可以为一下位机，其处理后的数据传输给上位机系统。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。