一、项目概况 现有天平校准装置三维结构简图如图1所示，该装置主要由真空舱、支撑平台、三个方向共10套加载滑轮组件等构成，该天平校准装置主要结构尺寸如图2所示。天平校准时，打开所有密封盖板，连接加载码盘的钢绳从外部穿过真空舱舱体进入真空舱内部后与天平加载头连接。天平校准完成后，安装密封盖板开展舱内负压状态的测力试验。基于现有天平校准装置（包括：真空舱、密封盖板连接结构、支撑平台、高压气流入口等），设计负压条件下（-2MPa）使用的六自由度全自动校准装置。 二、项目内容和要求 ******** 主要工作内容 主要内容包括：基于现有天平校准装置相关接口开展校准装置配套改造的方案设计、设备采购、机械加工、测控系统研制、系统集成、设备安装调试、天平校准、天平校准数据处理程序编写、天平校准数据处理及天平公式生成、标准喷管加工制造、完全模拟试验状态的推力矢量天平测力系统校准方法研究等。 ******** 校准装置设计。该设计分为机械结构设计、控制系统设计以及系统不确定度评估，主要内容包括：六自由度全自动复位机构、施力机构、传力装置、加载头、支撑装置、测量控制系统、数据采集与处理系统、配套辅助装置设计等，以及为保证设计的可行性、可靠性、安全性、操作维护性、先进性、经济性等要求开展的相关研究和试验验证等。 ******** 校准装置加工制造。主要包括：机械系统、控制系统、辅助装置以及安装调###路、工装、专用工具、备品备件等的加工、制造，以及配套设备厂内开展的相关检验检测等。 ******** 校准装置厂内组装调试。厂内组装调试包括（但不限于）：六自由度复位机构、施力机构组件组装调试；检测设备计量检定（须委托**度复位机构、施力机构组件、加载头及控制系统总装后加载及复位功能调试。 ******** 校准装置现场安装。所有子系统及配套设备、仪器仪表、管线等在现场的安装，测量和控制系统现场集成安装。 ******** 校准装置现场调试。现场安装后完成系统调试，调试内容包括：运动执行机构功能调试、测量控制系统调试、校准装置基准坐标系精度调整检测###路测试等安全测试。以实现天平校准为目标的运动执行机构与测量控制设备的联合精度调试。 ******** 天平校准。以新研制的六自由度全自动校准装置为基础，以参考天平为对象，开展不同状态条件下的天平校准，主要包括：单独天平状态的校准，天平带压力状态的校准，天平带喷流状态的校准。校准前，根据参考天平校准载荷范围（表3）、天平内部压力范围（表4）、喷流流量范围（表5），以载荷、压力、流量为输入参数，建立多元校准加载矩阵表，加载矩阵的建立须具有理论依据。喷流校准过程中，喷流产生的温度将影响天平测量的准确性，因此，天平校准数据处理时，须将温度影响一并纳入。依据建立的加载矩阵，对参考天平进行加载校准，过程中，通过数据采集系统采集与加载矩阵表相对应的电信号，电信号包括：天平六个分量的电信号，天平体温度电信号，压力及流量电信号。校准完成后，运用数学方法对采集信号与加载矩阵进行计算处理，获得载荷-信号之间的函数关系。最后，对天平施加多组不同于加载矩阵的六分量组合载荷并同时获得对应电信号，将电信号代入已建立的函数关系式计算得到六分量载荷，根据要求评定被校准天平在不同状态下的测量不确定度。 ******** 天平数据采集及处理程序编写。天平数据采集程序包括：用于天平、传感器零漂数据采集、校准数据采集及试验数据采集等的专用程序。天平数据处理程序包括：校准数据处理程序和试验数据处理程序等。 ******** 标准喷管加工制造。 ******** 完全模拟试验状态的推力矢量天平测力系统校准方法研究。测力系统校准过程中，喷流致温对天平的影响很大，且该温度无法准确控制，传统的天平校准方法不能准确获得温度的影响系数，无法修正温度对数据的影响，同时，校准过程中气体压力的变化将影响空气桥刚度改变，进而严重影响测力系统的刚度分配，使系统从线性向非线性转化，传统天平校准方法在处理高参数、非线性系统时存在不足。该部分研究的关键在于准确获取应变天平测量系统各分量电桥输出信号随力/力矩载荷、压力及温度变化的充足样本数据集合，基于样本数据采用实验设计方法构建测量系统的高参数非线性数学模型。 ******** 主要技术指标 校准装置设计载荷见表1。 表 1 校准装置设计载荷 分量 Y Mz X Mx Z My 设计载荷(N，********) ±2600 ±1600 ±6800 ±200 ±1200 ±800 校准装置测量不确定度指标见表2。 表 2 校准装置测量不确定度指标 分量 Y Mz X Mx Z My 合成标准不确定度（%） ******** ******** ******** ******** ******** ******** 扩展不确定度（%，k=2） ******** ******** ******** ******** ******** ******** 参考天平校准载荷及测量不确定度见表3。 表 3 参考天平校准载荷及测量不确定度 Y Mz X Mx Z My 校准载荷（N、N×m） ±500 ±225 ±1200 ±120 ±500 ±300 测量不确定度（%） ******** ******** ******** ******** ******** ******** 六自由度复位机构： （1） 复位机构运动范围： a=-6°~6°；β=-3°~3°；g=-3°~3°； LY=-20~20mm；LZ=-20~20mm；LX=-80~80mm； （2） 复位精度： α≤********°，β≤********°，γ≤********°； Lx≤********，Ly≤********，Lz≤********。 （3） 运动可控分辨率 角位移运动可控分辨率：≤1″； 线位移运动可控分辨率：≤********。 施力机构： （1）施力力值误差：≤±********%； （2）施力方向误差：a≤±********°；β≤±********°；g≤±********°。 ******** 资料要求 1）校准装置设计竣工图； 2）位置标定等计量测试报告； 3）校准装置安装调试报告； 4）天平数据采集及处理程序源代码及报告； 5）校准装置测量及控制程序源代码及报告； 6）天平校准数据及报告； 7）校准装置研制总结报告。 ******** 研制周期 总工期14个月。
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联系人：王越
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