發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)誤差分析-

1、發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)精度分析周鋒,_川航天機(jī)電集團(tuán)二一。所西安7l006S、?;.。h摘要.毒文扶闡述某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)靜止試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)配置入手,對(duì)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)請(qǐng)分項(xiàng)如試車臺(tái)架、傳感囂、放大器、采集系統(tǒng)等影響測(cè)試系統(tǒng)待度的各種因素進(jìn)行分折最后根據(jù)誤差理論分剮進(jìn)行薦態(tài)標(biāo)定誤差分析,動(dòng)態(tài)試車誤差分析及理論誤羞分析,再技航天系統(tǒng)通常使用的鍘試系統(tǒng)計(jì)算公式給出磊統(tǒng)的嗣試精度指標(biāo).即我們通常稱之為測(cè)試系統(tǒng)的小確定度.引言D【發(fā)動(dòng)機(jī)是中型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī),在正式試車前將己知的壓力、推力、溫度(毫伏值施加到感頭上,傳感器產(chǎn)生微弱的電信號(hào)通過(guò)電纜,調(diào)零配電盤.放大器輸送到記錄儀表上,記錄儀表便可記錄F對(duì)應(yīng)的標(biāo)定線高度或數(shù)字

2、來(lái)。正式試車結(jié)柬后,再根據(jù)實(shí)得的曲線或數(shù)字與試車前的標(biāo)定線或數(shù)字做比較,即普通用的內(nèi)插法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,便可得到發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作參數(shù)來(lái)。我們根據(jù)具體的測(cè)試方法和手段,對(duì)測(cè)試系統(tǒng)中諸分項(xiàng)所使用的儀器、儀表和設(shè)備,應(yīng)用誤差理論進(jìn)行綜臺(tái)的誤差分析.然后給出一個(gè)標(biāo)志測(cè)試系統(tǒng)精度指標(biāo)的值來(lái),即測(cè)試系統(tǒng)不確定度。1系統(tǒng)硬件配置1.1配置原則1.1_l總體對(duì)試驗(yàn)測(cè)試的要求:總體要求考核發(fā)動(dòng)機(jī)以下性能和給出相應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)、曲線。c.考核殼體隔熱涂層性能。測(cè)出殼體表面溫度T和時(shí)間t對(duì)應(yīng)值,同時(shí)繪出T-t曲線。d.考核火藥包覆層的性能,測(cè)出殼體表面溫度分布情況。e.考核非金屬加長(zhǎng)玻璃鋼尾管性能。測(cè)出其表面溫度數(shù)據(jù)

3、。f.考核石墨喉村和噴涂擴(kuò)張段的性能。測(cè)出相應(yīng)部位溫度值。曲線。最后按部頒標(biāo)準(zhǔn)給出測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)告表。.首要問(wèn)題是要做到盡可能配成一個(gè)精度高的涌試系統(tǒng)。因此在硬件配置上在條件允許的情況下力爭(zhēng)徽到:a.押,度高.從傳感器到記錄儀器盡量選用高精度的產(chǎn)品。c.能滿足現(xiàn)場(chǎng)分析研究用,又能提供一套完整的高精度測(cè)試數(shù)據(jù)。我們是采用了一套模擬量測(cè)試系統(tǒng),為現(xiàn)場(chǎng)提供分析曲線.一套計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)為試驗(yàn)報(bào)告提供數(shù)據(jù)。1.2配置框圍1.3配置說(shuō)明。臺(tái)架使用過(guò)程中應(yīng)做到安全可靠;精度要給予充分的保證。在使用中心架、滾輪架時(shí)嚴(yán)格保證其臺(tái)架系統(tǒng)垂直度、水平度的要求.為了消除發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)對(duì)測(cè)試精度的影響我們?cè)O(shè)計(jì)安裝了予緊力

4、裝鼉.圈1樽擔(dān)記最蕊垃配方掛圈a.壓力傳感器-為了滿足多系統(tǒng)、多性能測(cè)試要求.我們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壓力測(cè)試安裝了一個(gè)“五通”同時(shí)221KH傳卜'3100外玎式打印機(jī)I感2C啦系系國(guó)8設(shè)贏主囂列列魯一謦一64掣.緩+l八筆繪圉儀沖線;I帆一控制臺(tái)岡I ,嚴(yán)I辨端.-l j終端-6I傳感囂系統(tǒng)NEFF系統(tǒng)。=?HPl000F/45系統(tǒng)田2NEFF620+HPl000F/45測(cè)試i雛方框臣安裝四個(gè)不同型號(hào)傳感器.數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配Zqy-1、模擬量系統(tǒng)配ZQy一(2個(gè).點(diǎn)火壓力測(cè)試配PT370高頻壓力傳感器。b.推力傳感器ij推力傳感器采用的雙輸出推力傳感器,常用CAZ、CTZ毅輸出傳感器,鑒定產(chǎn)品、

5、上交產(chǎn)品使用美國(guó)c3P2B高精度推力傳感器。試車時(shí)加6%k左右的予緊力.c.溫度傳感器“高溫使用W-Re熱電偶、中溫使j NicrNiSi熱電偶.氐溫對(duì)使用CuNicu熱電儡。為了保證測(cè)試精度.采用平行點(diǎn)焊固定法.:(1模擬量測(cè)試系統(tǒng)采用DGFl-Scl8系統(tǒng)。推力鍘試系統(tǒng)在SF881放大器后加LBD-一2低運(yùn)濾波器,點(diǎn)火壓力測(cè)試使用了高額響FC55000振子。(2計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng);,高速數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成:采集前端是美國(guó)NEFF公司生產(chǎn)的fEFF620采集系統(tǒng),豢據(jù)處理則由美國(guó)惠普公司的E。1000F/45計(jì)算楓承擔(dān).a.NEFF620采集系統(tǒng)配置及其特點(diǎn)一b.HPlOOOF/4

6、5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置和特點(diǎn)1_3.4標(biāo)定系統(tǒng)壓力標(biāo)定系統(tǒng)是采用0.05%精度級(jí)yu6砝碼式壓力計(jì).推力標(biāo)定系統(tǒng)是采用EJII_6二二等涮力機(jī)(平時(shí)用.2幕統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2.I橫擬系統(tǒng)模擬量系統(tǒng)測(cè)試時(shí)推力傳感器予加8%F。的予緊力。低通濾波器截止頻率選擇20Hz;常規(guī)壓力、推力記錄速度選擇lOOmm/s(紙寬200ram而點(diǎn)火壓力測(cè)試記錄選5m/s的記錄速度.,.2.2計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件.(1工作可靠a.對(duì)于關(guān)鍵的操作步驟通過(guò)CRT屏幕揭示有關(guān)信息。b.軟件執(zhí)行過(guò)程中盡量減少人工干預(yù).C.發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火,由主控室發(fā)出控制指令啟動(dòng)采集程序.(2操作簡(jiǎn)便,易于掌握.(3窖錯(cuò)z對(duì)系統(tǒng)中與測(cè)試相關(guān)的關(guān)鍵部位在進(jìn)行試車

7、前全面診斯。糾錯(cuò)三次不成功時(shí)顯示出錯(cuò)氚息。提示操作人員以免操作造成鼉溉.,(4長(zhǎng)期保存試驗(yàn)數(shù)據(jù),婚根據(jù)固體火箭發(fā)動(dòng)杌工作時(shí)間短。被蔫參數(shù)要求高的特點(diǎn),在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)閫內(nèi)分為變頻采樣.(6適應(yīng)性強(qiáng);測(cè)試軟件不僅適應(yīng)不同型號(hào)的產(chǎn)品,也能適應(yīng)不同的物理置.測(cè)試軟件用FORTRAN4X語(yǔ)言設(shè)計(jì)(由于HPIOOOF/45計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配有快速FORTRAN處(1預(yù)置贛據(jù)及測(cè)試通道輸入程序。|一(2標(biāo)定程序:該程序可標(biāo)定任意通道上連接的壓力、推力、溫度、點(diǎn)火壓力等傳感器.標(biāo)定回程和標(biāo)定檔次任選,直接顯示各檔次的標(biāo)蹙系統(tǒng).。標(biāo)定完成后.根據(jù)需要可選擇存盤或無(wú)效。!(3采集程序:對(duì)系統(tǒng)中與測(cè)試相關(guān)的關(guān)鍵郁位,進(jìn)行

8、全面檢查,毗確保測(cè)試的可靠性。如若出錯(cuò).糾錯(cuò)三次不成功,是提示操作員不可進(jìn)入試驗(yàn)狀態(tài)。如一切正常,則發(fā)出信息,進(jìn)入試驗(yàn)狀態(tài)。在規(guī)定時(shí)伺內(nèi),分段變頻采樣;。以滿足不同參數(shù)(如壓力、點(diǎn)火壓力、推力、溫度等在不同的時(shí)間段內(nèi)對(duì)采樣頻搴的鏊隸。(來(lái)樣頻率前300rs為12.59Hz,接著為lK采到3s,最后變?yōu)?01tz采到50s。采用自動(dòng)扣除零點(diǎn),記錄點(diǎn)火壓力、壓力、推力及20路溫度的原始數(shù)據(jù).并分類在磁盤上保存所有原始數(shù)據(jù),同時(shí)自動(dòng)附加系統(tǒng)時(shí)間.(4預(yù)處理程序:對(duì)點(diǎn)火壓力、壓力、推力、溫度進(jìn)行預(yù)處理.打印測(cè)量參數(shù)與時(shí)間的對(duì)應(yīng)表.:一。曼“一(5繪圈程序:繪制點(diǎn)火壓力一時(shí)間、腱力二時(shí)徇、推為一時(shí)闊及溫

9、度一時(shí)間的測(cè)試曲線。橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)可根據(jù)實(shí)際需要任意設(shè)定.(6數(shù)據(jù)處理程序:根據(jù)部標(biāo)對(duì)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行兩次處理并分別打印結(jié)果。(7試驗(yàn)報(bào)告打印程序。(8多次試驗(yàn)曲線比較繪圖程序。(9試驗(yàn)曲線部分放大繪圖程序.?！?系統(tǒng)試精度分析一個(gè)鍘董秉統(tǒng)馳精度是由該系統(tǒng)的臻統(tǒng)誤差和髓械談?wù)麎K定機(jī)我們知道幕統(tǒng)誤差是不變的或有規(guī)律的誤差,系統(tǒng)誤差是由該繁統(tǒng)譜分埂絮嬈誤差決定的,而單璜蓑統(tǒng)誤差主要取決本身的非線性、遲滯性、時(shí)問(wèn)漂移、沮度漂移等特性,系蜿懊差是可;l設(shè)法避免或減少刊搬小報(bào)小韻程度的。欄而髓機(jī)&j睡lo徽:;燒來(lái),它是沒(méi)精j痢爭(zhēng)的。但多次硝量時(shí),測(cè)量時(shí)隨著測(cè)量次數(shù)無(wú)限增加，其誤差平均值的極限值趨于

10、零這一點(diǎn)在我們分析隨機(jī) 誤差時(shí)是十分重要的，誤差合成的方法是： 系統(tǒng)誤差代數(shù)和法?！恳?。 隨機(jī)誤差方和根法（】。）一 對(duì)一套測(cè)試系統(tǒng)誤差來(lái)說(shuō)將是： ， 我們?cè)谠囓囍惺遣捎脤?duì)比法進(jìn)行測(cè)試的即按著： 標(biāo)定試車標(biāo)定的方法進(jìn)行。因而整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差可以忽略。這樣測(cè)試系 統(tǒng)的誤差由諸分巧的隨機(jī)誤差決定，而諸分項(xiàng)的隨機(jī)誤差一般是指該分項(xiàng)的精度指標(biāo)。；。 所以有下式，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)精度為： 諸分項(xiàng)精度指標(biāo) 此處沒(méi)有按航天部的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量不確定度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該系統(tǒng)測(cè)量 結(jié)果與被測(cè)量的真值之間的差異給予不確定度的計(jì)算和說(shuō)明，茼是按著我們多年來(lái)對(duì)該系 統(tǒng)做過(guò)的精度分析工作分別對(duì)系統(tǒng)的靜標(biāo)、動(dòng)態(tài)、理論誤差進(jìn)行分

11、析和計(jì)算。這里所給出 的測(cè)量系統(tǒng)精度指標(biāo)相當(dāng)于甜中的相對(duì)總不確定度（）的指標(biāo)。足以反映了 我們?cè)跍y(cè)量精度上所做的工作和我們這套測(cè)試測(cè)量結(jié)果的可信度。 系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定誤差分析 為了減少標(biāo)定的誤差，我們采用了試車前后均標(biāo)定并且每次標(biāo)定兩個(gè)回程。根據(jù)最小 二乘法分別求出系統(tǒng)的特殊性曲線和，再求出對(duì)應(yīng)的理想值，然后再后非線性 誤差、滯后性誤差、重復(fù)性誤差，最后求出該涮試系統(tǒng)韻總精度指標(biāo)，具體數(shù)值見(jiàn)表。 系統(tǒng)精度指標(biāo)名稱 非線性（） 遲滯性（） 重復(fù)性（ ） 總精度（） 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)試車誤差分析 目前我國(guó)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)源，我們只能選擇發(fā)動(dòng)機(jī)加工罱尺寸裝藥量等參數(shù)接近的兩 發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)做動(dòng)志試車分析我們選用兩發(fā)常溫?cái)?shù)

12、據(jù)，按勞取酬貝塞爾公式計(jì)算方差求出動(dòng) 態(tài)試車誤差為： 力 女 壓力測(cè)試 聿 推力測(cè)試 溫度測(cè)試 ￥ 蹦 隅 系統(tǒng)理論誤差分析 為了確定涌試系統(tǒng)的精度我們根據(jù)具體的測(cè)試方法和手段，對(duì)涮試系統(tǒng)諸分項(xiàng)應(yīng)用 誤差理論進(jìn)行綜合分析和計(jì)算，最后給出標(biāo)志該系統(tǒng)澍試質(zhì)蠶的指標(biāo)值，即測(cè)試系統(tǒng)精度。 通常誤差綜合原理為： 其中 督 姜鼻 搖 】 發(fā)動(dòng)機(jī)試車采用對(duì)比法測(cè)試按照“標(biāo)定一試車一標(biāo)定”程序迸行，在我們嚴(yán)格控制環(huán) 境條件和操作規(guī)程時(shí)根據(jù)系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)，在此可以忽略不計(jì)，這樣就可用請(qǐng)分項(xiàng)的 精度指標(biāo)計(jì)算整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)精度構(gòu)公式： 占±， 航天系統(tǒng)多數(shù)單位常采用下列公式； 腳肛丐甄面麗 其中：一整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的精度 一標(biāo)定源引入誤差 一感器精度 威放人囂精度 。記錄儀器精度 瞅據(jù)處理判讀誤差 眶女± 蓑裝置引入誤差 靜標(biāo)系數(shù)（即同一量級(jí)出現(xiàn)的次數(shù)） 通過(guò)計(jì)算分別得到： 研制階段： 推女±加 ±帆