(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111358474.X (22)申请日 2021.11.17 (71)申请人 北京航天试验技 术研究所 地址 100074 北京市丰台区云岗田城中里1 号院 (72)发明人 朱子环　耿卫国　段娜　方俊雅　 赵恒　王瑞　宋淑香　 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于液体火箭发动机推力测量装置结 构设计的校核方法 (57)摘要 本发明阐述了一种用于液体火箭发动机推 力测量装置结构设计的校核 方法， 属于试验测试 领域。 液体 火箭发动机的推力测量装置作为发动 机试验的重要一环， 不仅要满足强度要求， 还要 满足刚度要求和结构件的稳定性要求等。 发明基 于火箭发动机试验台推力测量装置的结构形式， 按照推力测量装置原理的一致性和结构相通性， 针对典型结构 件的设计计算方法进行程序设计， 包括计算模块和辅助设计模块， 其中计算模块包 括弹簧片设计计算、 梁结构设计计算、 杆件结构 设计计算、 螺纹结构设计计算、 单双耳结构设计 计算、 弹簧 设计计算、 法兰设计计算， 每个模块中 常用金属材料力学性能参数， 可通过辅助设计模 块完成金属材料性能的自动查询和辅助检索功 能， 直接调入该模块， 避免了翻 阅大量设计手册 的时间。 重量计算模块实现所设计的推力测量结 构重量的自动计算。 本发明与手工校核相比大大减少了设计人员对结构校核的时间， 提高了设计 的效率， 同时也可以应用到 具有同类模块的其它 结构设计中。 权利要求书1页 说明书3页 附图5页 CN 114169089 A 2022.03.11 CN 114169089 A 1.一种用于液体火箭发动机推力测量装置结构设计的校核方法， 其特征在于结构件模 型的划分技术， 基于垂 直式、 水平式的试验台推力测量装置设计基础， 利用相似性原则对每 套装置中几百个零部件进行梳理， 找出通用的特点对其进行模型划分， 包括计算模块和辅 助设计模块， 其中计算模块包括弹簧片设计计算、 梁结构设计计算、 杆件结构设计计算、 螺 纹结构设计计算、 单双耳结构设计计算、 弹簧设计计算、 法兰设计计算； 辅助设计模块包括 金属材料性能的自动查询和重量计算模块， 对每个模块进行结构设计校核的过程， 依据设 计流程进行结构校核模型选择、 结构参数及类型的数据库调用和结构模型的重量校核。 2.根据权利要求1所述的结构计算模型选择技术， 工程计算中根据不同的边界条件， 载 荷分布状况以及该类结构在装置设计中的关键程度， 对力学计算模型 的粒度要求不同， 本 发明考虑计算模型依据工程使用需求开展研究确定， 如弹簧片主要指试验中常用的变截面 弹簧片， 考虑所受的弹阻力和发动机可能产生的侧向力要求以及截面变化形式， 在力学模 型设计时利用材料力学及弹性力学理论结合高等数学齐次方程的计算方法， 推导出了工程 应用可行的结构校核计算模型即弹簧片刚度计算模型： 标准传感器、 工作传感器受载承力结构考虑分辨率比较高的有限元计算模型； 推力测 量装置中校准机构、 限位机构部分考虑拉压状态力学模型 的强度计算模型， 根据要求选取 不同的安全系数等级； 其它机构可以考虑刚度要求的计算模型， 同时考虑 优化等级要求， 确 保结构设计经济、 合理及可靠性。 3.根据权利要求1所述的各类模块结构设计校核要素包括截面类型、 材料物性、 边界条 件及载荷分布、 计算方法等， 其中截面类型、 边界条件及载荷分布的类型比较少， 可在软件 数据库控件中植入， 但常用金属材料 的物性种类很多， 翻阅金属材料手册进行查找浪费大 量时间， 本发明采用专用数据库技术， 对各类推力测 量装置中常用的金属材料与非金属材 料统一添加到数据库中， 建立每种 材料的标识， 方便设计过程中对所使用材料 的查找与对 比， 同时建立统一的数据库传输链条， 打通计算所需数据源直传途径， 提高校核效率。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114169089 A 2一种用于液体火箭发动机 推力测量装 置结构设计的校核方 法 技术领域 [0001]本发明阐述了一种用于液体火箭发动机推力测量装置结构设计的校核方法， 属于 试验测试 领域。 背景技术 [0002]火箭发动机 的推力做为考核火箭最重要的性能指标， 随着火箭推进系统的发展， 火箭发动机的推力测量装置也需要不断地更新换代， 火箭发动机推力测量装置的设计既需 满足强度要求， 又需满足刚度及部分结构件的稳定性要求， 因此对推力测量装置中结构件 的设计计算变的尤为重要， 直接决定结构的可 行性、 合理性及可靠性。 [0003]在结构设计初期， 由于结构形式及尺寸的不确定性变化， 采用传统的手工计算的 方式效率很低， 本发明依据不同型号的推力测量装置原理相同， 结构相通的特点， 针对传统 手工方式校核效率低的问题， 结合结构力学、 材料力学、 机械 设计原理及计算机程序语言等 学科理论， 按照推力测量装置的结构特点， 对典型结构件的设计计算方法进行程序设计， 为 系统装置的结构设计、 计算提供了可靠的理论依据， 以期减少设计人员对结构校核的时间， 提高设计的效率。 发明内容 [0004]1、 推力测量装置结构形式设计校核流 程 [0005]根据推力测量装置 的组成， 结合装置中的结构形式和 设计过程， 总结通用结构类 型主要有弹簧片、 梁 结构、 杆件 结构、 螺纹结构、 单双耳结构、 弹簧结构、 法兰结构等， 归纳 共 性， 完成推力测量装置结构校核分布和流 程， 见图1， 2。 [0006]2、 推力测量装置结构设计校核的设计思想 [0007]推力测量装置结构计算软件主要以典型部件各自类型的计算特点为主， 通过在软 件设计时加入了辅助设计的常用金属材料力学性能模块可实现金属材料性能的自动查询 和辅助检索功 能， 避免了翻阅大量设计手册的时间， 同时为结构设计确定材料性能提供了 数据库资源。 还有重量计算模块可以实现设计完结构重量的自动计算， 为整体推力测量装 置重量确定提供途径和手段。 其软件设计思路如下： [0008](1)总结常用金属材料的力学性能， 以数据库的形式进行统计， 便于后续结构设计 计算时材 料性能链接 。 [0009](2)总结常用结构件重量计算方法， 及实现重量计算的形式。 [0010](3)整理各个部件结构的计算方法， 筛选可靠性强、 精度高、 已得到工程应用的较 为成熟的计算方法。 [0011](4)针对各个部件结构计算方法进行编程、 调试、 验算， 最终得到成熟的计算程序。 编制推力测量装置结构计算软件说明书。 [0012](5)推力测量装置结构计算软件采用并行结构， 即主界面列出各个部件计算模块， 根据设计的需求选取相应的设计模块进行结构计算， 计算过程中对材料的性能可进行查说　明　书 1/3 页 3 CN 114169089 A 3