液体火箭发动机试验测控技术

第1章概论1 1.1发动机试验的目的、类型与特点1 1.2测控系统的作用、特点与组成2 1.2.1测控系统的作用与特点2 1.2.2控制方式与系统组成3 1.2.3测量系统组成与功能7 1.3控制架构与模式11 1.3.1控制系统架构12 1.3.2控制模式13 1.4测量系统架构与参数分类15 1.4.1测量系统架构15 1.4.2测量参数分类17 1.5测控系统发展历程与发展趋势18 1.5.1控制系统发展历程与不足18 1.5.2测量系统发展历程与不足20 1.5.3测控技术发展趋势23 参考文献26
第2章试验对测控系统的要求27 2.1试验对测控系统的总体要求27 2.2试验对控制系统的要求28 2.2.1控制功能、能力与指标要求28 2.2.2控制模式、架构与可靠性要求30 2.2.3控制软件要求33 2.3试验对测量系统的要求35 2.3.1对参数测量的基本要求35 2.3.2测量系统专用要求37 2.3.3对关键参数测量要求39 2.3.4对测量参数数据处理分析要求42 2.3.5对测量软件要求44 参考文献48
第3章推力测量技术49 3.1推力测量系统设计49 3.1.1测量系统结构原理与组成49 3.1.2测量系统指标要求52 3.2稳态推力测量技术52 3.2.1试车架设计技术52 3.2.2原位校准系统54 3.2.3数据采集系统56 3.2.4推力测量精度影响因素分析56 3.3负推力修正技术60 3.3.1负推力修正分析60 3.3.2负推力修正62 3.4动态推力测量技术65 3.4.1系统设计65 3.4.2静态原位校准系统设计68 3.4.3压电式力传感器校准方法71 3.4.4基于电动缸的自动加载技术72 3.4.5动态标定系统设计73 3.4.6动态数据分析80 3.5多分推力测量技术85 3.5.1多分力推力架设计技术86 3.5.2多分力校准技术96 3.5.3解耦技术99 3.5.4多分力测量系统热试车验证100 3.6不确定度评估101 3.6.1不确定度的来源分析101 3.6.2不确定度评估方法102 参考文献105
第4章压力测量技术106 4.1系统设计106 4.1.1需求分析106 4.1.2系统组成及原理107 4.1.3系统设计108 4.2稳态压力测量112 4.2.1常用的压力传感器112 4.2.2压力传感器安装工艺116 4.2.3信号调理技术117 4.3高低温条件下压力测量121 4.3.1高温压力测量121 4.3.2低温压力测量122 4.4真空压力测量124 4.4.1真空计的分类 124 4.4.2真空计的选型和安装 125 4.4.3真空环境对压力传感器的影响126 4.5现场校准技术127 4.5.1电量校准127 4.5.2静态物理量校准128 4.6数据处理132 4.6.1处理方法132 4.6.2数据分析与确认134 4.7测量系统不确定度评估135 4.7.1稳态压力测量系统不确定度评定136 4.7.2低温压力校准装置测量不确定度评定140 参考文献143
第5章流量、转速测量技术144 5.1测量系统结构组成与功能144 5.1.1结构组成144 5.1.2主要功能145 5.2流量计研制与安装技术146 5.2.1流量计测量原理146 5.2.2涡轮流量计研制148 5.2.3流量计选型150 5.2.4流量计安装技术154 5.3信号调理与抗干扰技术156 5.3.1频率信号调理器设计156 5.3.2抗干扰技术 163 5.4数据采集技术166 5.4.1采集原理与采集速率166 5.4.2采样误差分析169 5.5原位校准技术170 5.5.1常温推进剂流量校准技术170 5.5.2低温推进剂流量校准技术173 5.6密度获取技术179 5.6.1常温推进剂密度获取技术179 5.6.2低温推进剂密度获取技术180 5.7数据处理、分析技术182 5.7.1数据处理182 5.7.2数据分析与确认185 5.7.3数据提供方法187 5.8流量测量不确定度评定188 5.8.1低温流量校准装置不确定度评定188 5.8.2姿轨控发动机稳态流量校准装置不确定度评定193 5.8.3涡轮流量计流量测量不确定度评定195 参考文献203
第6章温度测量技术204 6.1温度测量系统设计204 6.1.1温度测量基础204 6.1.2温度测量系统原理与组成205 6.1.3主要部件选型与设计207 6.2热电偶测量技术208 6.2.1热电偶测温原理208 6.2.2热电偶种类209 6.2.3热电偶测温系统组成210 6.2.4热电偶补偿与安装技术212 6.3热电阻测量技术214 6.3.1热电阻测温原理214 6.3.2热敏电阻测温原理215 6.3.3热电阻测温系统组成216 6.3.4热电阻测试技术218 6.4温度测量现场校准技术221 6.4.1热电偶通道校准221 6.4.2铂电阻通道校准222 6.4.3热敏电阻通道校准222 6.4.4温度变送器通道校准223 6.5温度数据处理方法224 6.5.1热电偶数据处理224 6.5.2铂电阻数据处理225 6.5.3热敏电阻数据处理225 6.5.4温度变换器参数数据处理226 6.6温度测量不确定度评定226 6.6.1温度的量值传递与溯源226 6.6.2温度测量不确定度分量组成227 6.6.3温度测量不确定度A类评定229 6.6.4温度测量不确定度B类评定231 6.6.5温度测量不确定度评定232 参考文献235
第7章动态参数测量技术236 7.1系统组成236 7.1.1传感器237 7.1.2信调器与数据采集239 7.1.3实时显示及数据处理239 7.2系统设计要求240 7.3校准方法241 7.3.1实验室计量校准241 7.3.2现场校准242 7.4动态参数测量方法243 7.4.1采集系统设置243 7.4.2脉动压力测量245 7.4.3噪声测量247 7.4.4动应变测量250 7.4.5振动传感器安装流程252 7.4.6可靠性分析255 7.4.7实时监测256 7.5数据处理259 7.5.1数据处理要求259 7.5.2数据处理流程260 7.5.3数据处理方法261 7.5.4频谱处理263 7.5.5冲击响应谱265 7.5.6故障信号分析266 7.5.7瞬态信号分析270 7.6动态参数测量系统不确定度评定271 7.6.1不确定度的A类评定272 7.6.2不确定度的B类评定274 7.6.3测量系统不确定度的计算276 参考文献277
第8章其他参数测量技术278 8.1热流测量技术278 8.1.1热流传感器分类278 8.1.2热流传感器原理279 8.1.3热流传感器选型282 8.1.4热流测量系统283 8.1.5影响热流测量准确性的因素 283 8.2光纤测量技术284 8.2.1光纤Bragg光栅理论基础284 8.2.2测量系统组成及测量方法289 8.3红外温度测量技术297 8.3.1发动机红外温度测量技术297 8.3.2红外温度测量系统298 8.3.3影响红外测温的因素300 8.3.4发动机红外测温的不足303 8.3.5红外热像现场校准方法304 8.3.6红外热像仪测量工艺方法305 8.3.7发动机红外参数及数据分析310 8.4机器视觉图像检测技术311 8.4.1视觉图像检测技术应用311 8.4.2系统构成312 8.4.3产品状态检测系统314 8.5气体流场测量技术315 8.5.1气体流场压力测量316 8.5.2气流场温度测量318 8.5.3气流场速度测量319 8.5.4风洞试验流场校测320 8.6高速空间运动轨迹测试技术323 8.6.1应用背景323 8.6.2测试原理及方法324 8.6.3系统组成326 8.6.4图像处理功能327 8.6.5测试流程327 参考文献330
第9章发动机试验控制技术331 9.1控制系统架构、控制方法及工作过程331 9.1.1系统架构331 9.1.2系统组成及功能332 9.1.3控制方法333 9.1.4系统工作流程337 9.2控制对象分类338 9.2.1电爆管338 9.2.2电磁阀339 9.2.3电动阀340 9.2.4调节阀342 9.3控制系统硬件技术343 9.3.1控制器343 9.3.2常见的控制器344 9.3.3外围接口电路352 9.3.4典型控制电路362 9.4控制时序自动判读技术364 9.4.1自动判读程序设计原则364 9.4.2自动判读程序设计方法365 9.5发动机试验控制技术典型应用367 9.5.1大推力发动机试验控制系统367 9.5.2姿轨控发动机试验控制系统368 参考文献371
第10章试验状态监控技术372 10.1闭环控制技术372 10.1.1控制目标选择372 10.1.2执行机构选择373 10.1.3控制参数选择374 10.1.4可靠性设计376 10.1.5可维修性设计378 10.2发动机故障诊断技术381 10.2.1故障诊断基本概念和指标381 10.2.2发动机试验故障诊断系统设计382 10.2.3发动机试验故障诊断技术发展388 10.3姿控动力系统仿真显示技术388 10.3.1仿真显示系统设计原则388 10.3.2仿真显示系统设计389 10.4试验系统健康监测技术393 10.4.1维护方式与检测作用393 10.4.2监测系统网络架构394 10.4.3监测系统设计原则与功能395 10.4.4状态监测内容397 10.4.5监测数据统计分析398 参考文献400
第11章伺服控制技术401 11.1伺服机构401 11.1.1伺服机构分类401 11.1.2伺服机构原理403 11.2地面伺服控制系统405 11.2.1控制系统功能405 11.2.2控制系统组成406 11.2.3摇摆控制系统测试内容407 11.3模拟伺服机构控制 408 11.4数字总线伺服机构控制411 参考文献416
第12章应用软件设计417 12.1应用软件组成与特点417 12.2应用软件设计方法418 12.2.1软件开发过程418 12.2.2软件需求分析418 12.2.3设计实现419 12.2.4测试确认419 12.3常用应用软件设计要点421 12.3.1控制软件及设计要点421 12.3.2测量软件及设计要点425 12.4发动机试验应用软件设计举例430 12.4.1大型发动机控制软件设计430 12.4.2姿轨控发动机控制软件设计435 12.4.3吸气式发动机试验分布式测量软件设计440 参考文献445
第13章试验数据分析技术446 13.1数据分析方法446 13.1.1数据分析前准备446 13.1.2正常数据确认447 13.1.3异常数据确认447 13.1.4数据处理取舍方法448 13.1.5历史试验数据对比450 13.1.6数据包络分析450 13.2数据修正技术450 13.2.1常温环境的数据修正450 13.2.2低温环境的数据修正455 13.2.3高温环境的数据修正456 13.3数据评估技术457 参考文献460
第14章试验系统测试技术461 14.1测控系统测试内容461 14.1.1测控系统测试项目461 14.1.2系统测试流程463 14.2测控系统测试方法467 14.2.1控制系统检查测试方法467 14.2.2测量系统检查测试方法469 14.2.3故障诊断系统检查测试方法471 14.2.4摇摆测控系统检查测试方法471 14.2.5电源配电系统检查测试方法472 14.3试验测控系统的维护方法473 14.3.1硬件检查维护473 14.3.2软件维护473 参考文献475