柔性喷管动态光电实时测量设备的技术实施

　　引　言

　　固体火箭发动机为柔性单喷管发动机,火箭飞行姿态是由伺服控制系统控制柔性喷管的摆动而改变火箭推力方向达到的,因此对火箭推力向量控制系统的工作特性进行室内动态仿真试验,是很重要的环节。仿真试验中要对柔性喷管轴线的动态摆角变化和摆心的动态位移进行实时测量,并成为伺服控制系统闭环控制的检测单元。

　　柔性喷管动态光电实时测量系统,它用多路非接触光电测量方法测量固体火箭发动机柔性喷管的摆动角等6个参数,以检测伺服控制系统的工作特性。7路光学系统组成3套光电测量头,各光学系统有严格的位置关系。各光电测量头有安装调整基准和目视系统,使光电测量头相互垂直并通过喷管轴线。为满足高的测量精度和动态实时测量要求,系统有高的采样频率和物距变化等参量的修正。系统技术参数如下:

　　1　测量原理和系统结构

　　测量系统采用非接触多路光电测量方法,以喷管轴线与水平面交点的铅垂线构成的直角坐标系为测量基准,测量出固定于喷管外壁上互相垂直的3条铅垂光标线在喷管运动时的位移量来解算出喷管6维运动参数。(测量原理见图1)

　　1.1　系统原理如图1。

　　1.2　3套7路光电测量头的结构确定

　　根据测量系统的经济和技术指标要求等综合考虑,光学系统采用有限距离的成象系统,光学倍率采用1/6和1/3两种。为使结构紧凑美观而且又能满足测量系统视场精度等要求,测量头选择了图2的结构布局。

　　2　结构特征与工艺技术的实现

　　2.1　光电测量头的结构

　　测量系统要求3路光标板的光标线相互平行,光标线所在平面通过喷管轴线。3套光电测量头的光轴相互垂直并通过光标线,为此各测量头有安装调整基准——自准直光管和目视系统。

　　3路光学系统组成3套光电测量头,X1-2光电测量头包括有X1,X2,Z光电测量头系统和调整对准自准直光管;X3-4光电测量头包括有X3,X4光电测量头系统和调整对准自准直光管;Y1-2光电测量头包括有Y1,Y2光电测量头系统和调整对准自准直光管。为使结构紧凑,X1(X3,Y1)测量头的光路进行两次转折。X1(X3,Y1)测量头和X2(X4,Y2)测量头之间的距离H=380mm,Z测量头和X2测量头之间的距离120mm。

　　光电测量头的结构如图3。光电测量头安装在支承架的平台上,支承平台架可上下移动±150mm,测头在平台上可前后左右移动±20mm,测量头也可绕支承架旋转360°以便实现测量头对柔性喷管的对准调整。

　　2.2　各光学系统物镜焦点位置的确定