УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ ТЯГИ ДВИЖИТЕЛЯ ПЛАЗМЕННОГО ТИПА
DEVICE TO MEASURE PLASMA-TYPE PROPULSOR TRANSVERSE THRUST

Предлагаемое изобретение относится к области измерений параметров плазменных движителей. Оно может быть использовано для измерения поперечной тяги движителя плазменного типа с отклоняющей магнитной системой (ОМС), предназначенной для управления вектором тяги летательного аппарата (ЛА), или для измерения момента относительно оси, проходящей через центр масс ЛА.
В вопросах управления вектором тяги с помощью отклонения струи магнитным полем малой величины, созданного CMC (см. авт. свид-во Ю.В. Кубарева №1839789, заявл. 1964 г., опубл. 27.03.2005 г.) возникает необходимость измерения поперечной тяги движителя. При этом управление плазменной струей с помощью этого устройства возможно при малых токах, текущих через соленоиды ОМС, по сравнению с током через соленоид основного поля. Использование известных аэродинамических весов для определения составляющих тяги и моментов для плазменных движителей невозможно ввиду малой величины тяги относительно веса движителя.
Одним из основных принципов работы устройств, предназначенных для измерения малых тяг, является принцип накопления импульса.
На первый взгляд может показаться, что это устройство можно использовать для измерения поперечной тяги при наличии за движителем ОМС, т.к. при изменении направления тока в соленоиде основного поля будет меняться направление поперечной тяги. Плазменная струя при этих переключениях отклоняется в разные стороны, а колебания будут происходить вокруг горизонтальной оси, проходящей через точку подвеса. Однако использование этого устройства связано с рядом технических и принципиальных трудностей:
1. Периодическое переключение большого тока в соленоиде основного поля движителя приводит к появлению периодических амперовых сил в системе токоподвода, а также к переходным процессам, которые искажают результаты измерений. Это обстоятельство также приводит к нарушению режима работы движителя, уменьшению результирующей и поперечной тяг, уменьшению надежности работы устройства. Кроме того, коммутация больших токов требует сильноточной аппаратуры.
2. Существующие две степени свободы (колебания вокруг вертикальной оси и горизонтальной, проходящей через точку подвеса) приводят к появлению паразитных колебаний, что затрудняет проведение измерений и также искажает результат.
3. При использовании устройства с такой системой подвески, когда колебания ее проходят в вертикальной плоскости вокруг точки подвеса, при достаточно тонкой нити, как правило, период колебаний системы много меньше периода крутильных колебаний. При этом на результат измерений сильнее влияют возможное несоответствие частот собственных и вынужденных колебаний, а также различные переходные процессы.
В связи с этим предлагается иное решение вопроса измерения поперечной тяги ЭРД. Цель предлагаемого изобретения состоит в упрощении регистрации поперечной тяги, уменьшении погрешностей измерения и облегчения режима работы движителя.
Поставленная цель достигается путем подвески движителя с ОМС на вертикальной упругой нити, проходящей через их центр масс перпендикулярно оси движителя, включением в цепь ОМС коммутирующего устройства, которое с двойной частотой собственных крутильных колебаний системы меняет направление тока в его соленоидах, наличием нижней растяжки для исключения паразитных колебаний и обеспечения постоянства параметров колебательной системы. При этом коммутация малых токов в цепи управления не требует сильноточной аппаратуры и не приведет к указанным выше отрицательным эффектам.
Фиг. 1 поясняет принцип работы предлагаемого устройства; на Фиг. 2 показана его схема; результаты измерений, полученные с помощью этого устройства, приведены на фиг. 3; на фиг. 4 приведена фотография устройства.
На фиг. 1 изображены плазменный движитель 1, состоящий из соленоида, цилиндрического анода и катода, два соленоида ОМС 2, установленные за движителем, и отклоненная струя плазмы. При изменении направления тока в соленоидах 2 угол отклонения струи меняется на противоположный.
Схема устройства, показанная на фиг. 2, состоит из платформы 3, на которой устанавливаются движитель 4 и ОМС 5, упругой нити подвеса 6; коммутирующего устройства 7, датчика перемещений 8, нити растяжки 9, на которой подвешен груз 10, и неподвижной втулки 11, через которую пропущена эта нить.
о
После включения движителя и ОMC в работу коммутирующее устройство 7 с двойной частотой свободных крутильных колебаний (2ω) переключает направление тока в соленоидах ОMC, создавая знакопеременную периодическую силу, действующую на струю плазмы. После резонансной раскачки измеряется угол отклонения системы с помощью датчика 8, фиксируется число переключений и система отключается. Наличие нижней растяжки (9-11) приводит к гашению паразитных колебаний вокруг верхней точки подвеса и с помощью груза 10 сохраняется постоянство растягивающей силы.
-6
На фиг. 3 в качестве примера показаны результаты измерений поперечной тяги магнитоплазмодинамического движителя с постоянным магнитом с ОМС, параметры которой указаны на рисунке. По горизонтальной оси откладывается ток, текущий по соленоидам ОМС, по вертикальной - значения поперечной тяги. Длина нити подвеса 1,1 м, диаметр - 1,5 мм. Масса модели движителя и измерительного устройства 12 кг. Длина и диаметр нижней нити растяжки - соответственно 0,4 м и 0,4 мм. Масса груза - 3 кг. При этом период колебаний системы был равен 8 сек, ее добротность с токоподводом и подачей рабочего тела (воздуха) - 19. При этих параметрах чувствительность устройства была не менее 5×10 н (0,5 мГ). Фотография описываемого устройства приведена на фиг.4.
Подвеска платформы с движителем и ОМС на нити, перпендикулярной оси движителя и наличие в цепи управления коммутатора для осуществления резонансной раскачки дают возможность упростить измерение поперечной тяги, действующей на систему движитель - ОМС, сохранить постоянный режим работы движителя во время измерения, исключить погрешности измерений, связанные с периодическим переключением больших токов соленоида основного поля. Закрепление нити растяжки в нижней части исключает паразитные колебания системы вокруг верхней точки подвеса, что упрощает проведение измерений и увеличивает их точность. Использование для создания постоянной растягивающей силы подвешенного к нити груза дает возможность при этом сохранить постоянными параметры колебательной системы (коэффициент жесткости, период колебаний и т.д.).
Созданное устройство отличается простотой, высокой точностью и большой надежностью измерений.