发动机测试系统误差分析-

1、发动机测试系统精度分析周锋,_川航天机电集团二一。所西安7l006S、?;.。h摘要.毒文扶阐述某型号发动机静止试验测试系统配置入手,对试验测试系统请分项如试车台架、传感嚣、放大器、采集系统等影响测试系统待度的各种因素进行分折最后根据误差理论分剐进行荐态标定误差分析,动态试车误差分析及理论误羞分析,再技航天系统通常使用的铡试系统计算公式给出磊统的嗣试精度指标.即我们通常称之为测试系统的小确定度.引言D【发动机是中型固体火箭发动机,在正式试车前将己知的压力、推力、温度(毫伏值施加到感头上,传感器产生微弱的电信号通过电缆,调零配电盘.放大器输送到记录仪表上,记录仪表便可记录F对应的标定线高度或数字

2、来。正式试车结柬后,再根据实得的曲线或数字与试车前的标定线或数字做比较,即普通用的内插法进行数据处理,便可得到发动机实际工作参数来。我们根据具体的测试方法和手段,对测试系统中诸分项所使用的仪器、仪表和设备,应用误差理论进行综台的误差分析.然后给出一个标志测试系统精度指标的值来,即测试系统不确定度。1系统硬件配置1.1配置原则1.1_l总体对试验测试的要求:总体要求考核发动机以下性能和给出相应的试验测试数据、曲线。c.考核壳体隔热涂层性能。测出壳体表面温度T和时间t对应值,同时绘出T-t曲线。d.考核火药包覆层的性能,测出壳体表面温度分布情况。e.考核非金属加长玻璃钢尾管性能。测出其表面温度数据

3、。f.考核石墨喉村和喷涂扩张段的性能。测出相应部位温度值。曲线。最后按部颁标准给出测试数据报告表。.首要问题是要做到尽可能配成一个精度高的涌试系统。因此在硬件配置上在条件允许的情况下力争徽到:a.押,度高.从传感器到记录仪器尽量选用高精度的产品。c.能满足现场分析研究用,又能提供一套完整的高精度测试数据。我们是采用了一套模拟量测试系统,为现场提供分析曲线.一套计算机采集系统为试验报告提供数据。1.2配置框围1.3配置说明。台架使用过程中应做到安全可靠;精度要给予充分的保证。在使用中心架、滚轮架时严格保证其台架系统垂直度、水平度的要求.为了消除发动机开始工作时对测试精度的影响我们设计安装了予紧力

4、装鼍.圈1樽担记最蕊垃配方挂圈a.压力传感器-为了满足多系统、多性能测试要求.我们对发动机压力测试安装了一个“五通”同时221KH传卜'3100外玎式打印机I感2C啦系系国8设赢主嚣列列鲁一謦一64掣.缓+l八笔绘圉仪冲线;I帆一控制台冈I ,严I辨端.-l j终端-6I传感嚣系统NEFF系统。=?HPl000F/45系统田2NEFF620+HPl000F/45测试i雏方框臣安装四个不同型号传感器.数字计算机系统配Zqy-1、模拟量系统配ZQy一(2个.点火压力测试配PT370高频压力传感器。b.推力传感器ij推力传感器采用的双输出推力传感器,常用CAZ、CTZ毅输出传感器,鉴定产品、

5、上交产品使用美国c3P2B高精度推力传感器。试车时加6%k左右的予紧力.c.温度传感器“高温使用W-Re热电偶、中温使j NicrNiSi热电偶.氐温对使用CuNicu热电儡。为了保证测试精度.采用平行点焊固定法.:(1模拟量测试系统采用DGFl-Scl8系统。推力铡试系统在SF881放大器后加LBD-一2低运滤波器,点火压力测试使用了高额响FC55000振子。(2计算机采集系统;,高速数据采集处理系统由两个子系统组成:采集前端是美国NEFF公司生产的fEFF620采集系统,豢据处理则由美国惠普公司的E。1000F/45计算枫承担.a.NEFF620采集系统配置及其特点一b.HPlOOOF/4

6、5计算机系统的配置和特点1_3.4标定系统压力标定系统是采用0.05%精度级yu6砝码式压力计.推力标定系统是采用EJII_6二二等涮力机(平时用.2幕统软件设计2.I横拟系统模拟量系统测试时推力传感器予加8%F。的予紧力。低通滤波器截止频率选择20Hz;常规压力、推力记录速度选择lOOmm/s(纸宽200ram而点火压力测试记录选5m/s的记录速度.,.2.2计算机测试软件.(1工作可靠a.对于关键的操作步骤通过CRT屏幕揭示有关信息。b.软件执行过程中尽量减少人工干预.C.发动机点火,由主控室发出控制指令启动采集程序.(2操作简便,易于掌握.(3窖错z对系统中与测试相关的关键部位在进行试车

7、前全面诊斯。纠错三次不成功时显示出错氚息。提示操作人员以免操作造成鼍溉.,(4长期保存试验数据,婚根据固体火箭发动杌工作时间短。被蔫参数要求高的特点,在发动机工作时阃内分为变频采样.(6适应性强;测试软件不仅适应不同型号的产品,也能适应不同的物理置.测试软件用FORTRAN4X语言设计(由于HPIOOOF/45计算机系统配有快速FORTRAN处(1预置赣据及测试通道输入程序。|一(2标定程序:该程序可标定任意通道上连接的压力、推力、温度、点火压力等传感器.标定回程和标定档次任选,直接显示各档次的标蹙系统.。标定完成后.根据需要可选择存盘或无效。!(3采集程序:对系统中与测试相关的关键郁位,进行

8、全面检查,毗确保测试的可靠性。如若出错.纠错三次不成功,是提示操作员不可进入试验状态。如一切正常,则发出信息,进入试验状态。在规定时伺内,分段变频采样;。以满足不同参数(如压力、点火压力、推力、温度等在不同的时间段内对采样频搴的鏊隶。(来样频率前300rs为12.59Hz,接着为lK采到3s,最后变为501tz采到50s。采用自动扣除零点,记录点火压力、压力、推力及20路温度的原始数据.并分类在磁盘上保存所有原始数据,同时自动附加系统时间.(4预处理程序:对点火压力、压力、推力、温度进行预处理.打印测量参数与时间的对应表.:一。曼“一(5绘圈程序:绘制点火压力一时间、腱力二时徇、推为一时阔及温

9、度一时间的测试曲线。横坐标、纵坐标可根据实际需要任意设定.(6数据处理程序:根据部标对测试参数进行两次处理并分别打印结果。(7试验报告打印程序。(8多次试验曲线比较绘图程序。(9试验曲线部分放大绘图程序.。“3系统试精度分析一个铡董秉统驰精度是由该系统的臻统误差和髓械谈整块定机我们知道幕统误差是不变的或有规律的误差,系统误差是由该繁统谱分埂絮娆误差决定的,而单璜蓑统误差主要取决本身的非线性、迟滞性、时问漂移、沮度漂移等特性,系蜿懊差是可;l设法避免或减少刊搬小报小韵程度的。栏而髓机&j睡lo徽:;烧来,它是没精j痢争的。但多次硝量时,测量时随着测量次数无限增加，其误差平均值的极限值趋于

10、零这一点在我们分析随机 误差时是十分重要的，误差合成的方法是： 系统误差代数和法。】一。 随机误差方和根法（】。）一 对一套测试系统误差来说将是： ， 我们在试车中是采用对比法进行测试的即按着： 标定试车标定的方法进行。因而整个系统的系统误差可以忽略。这样测试系 统的误差由诸分巧的随机误差决定，而诸分项的随机误差一般是指该分项的精度指标。；。 所以有下式，整个测量系统精度为： 诸分项精度指标 此处没有按航天部的固体火箭发动机测量不确定度评定标准对该系统测量 结果与被测量的真值之间的差异给予不确定度的计算和说明，茼是按着我们多年来对该系 统做过的精度分析工作分别对系统的静标、动态、理论误差进行分

11、析和计算。这里所给出 的测量系统精度指标相当于甜中的相对总不确定度（）的指标。足以反映了 我们在测量精度上所做的工作和我们这套测试测量结果的可信度。 系统静态标定误差分析 为了减少标定的误差，我们采用了试车前后均标定并且每次标定两个回程。根据最小 二乘法分别求出系统的特殊性曲线和，再求出对应的理想值，然后再后非线性 误差、滞后性误差、重复性误差，最后求出该涮试系统韵总精度指标，具体数值见表。 系统精度指标名称 非线性（） 迟滞性（） 重复性（ ） 总精度（） 系统动态试车误差分析 目前我国尚无标准动态源，我们只能选择发动机加工罱尺寸装药量等参数接近的两 发发动机做动志试车分析我们选用两发常温数

12、据，按劳取酬贝塞尔公式计算方差求出动 态试车误差为： 力 女 压力测试 聿 推力测试 温度测试 ￥ 蹦 隅 系统理论误差分析 为了确定涌试系统的精度我们根据具体的测试方法和手段，对涮试系统诸分项应用 误差理论进行综合分析和计算，最后给出标志该系统澍试质蚕的指标值，即测试系统精度。 通常误差综合原理为： 其中 督 姜鼻 摇 】 发动机试车采用对比法测试按照“标定一试车一标定”程序迸行，在我们严格控制环 境条件和操作规程时根据系统误差的特点，在此可以忽略不计，这样就可用请分项的 精度指标计算整个测试系统精度构公式： 占±， 航天系统多数单位常采用下列公式； 脚肛丐甄面丽 其中：一整个测试系统的精度 一标定源引入误差 一感器精度 威放人嚣精度 。记录仪器精度 瞅据处理判读误差 眶女± 蓑装置引入误差 静标系数（即同一量级出现的次数） 通过计算分别得到： 研制阶段： 推女±加 ±帆