mN级推力架静态特性及推力测量不确定度分析①

施陈波，汤海滨，张莘艾，秦超晋，曹熙炜

(北京航空航天大学宇航学院，北京 100191)

0 引言

微小推力器研究与应用离不开准确的推力测量，静态标定是检验推力架性能的重要手段，推力架静态特性是评述推力测量方法的关键指标，表明测量结果的可信程度。目前，推力测量文献中所述的标定，只是确定推力架输入输出关系，而非真正意义上的静态标定［1－4］。本文使用砝码对 mN级推力架进行静态标定，得到推力架的静态特性，证明了电磁力反馈法测量mN级推力是可行的。

推力测量值的不确定度是对推力测量值质量的定量表征，反映推力测量值的可信程度。不确定度是推力测量结果的重要组成部分，同时可观察到各种因素对推力测量的影响。推力测量文献中，多对影响推力测量的因素进行分析，但缺少对不确定度系统的评定［5－7］。本文使用mN级推力架进行冷气推力器推力测量过程中主要影响因素的分析，并对推力测量值的不确定度进行了计算，完善了推力测量结果。

1 推力架及标定方法

1.1 推力架

mN级推力架分为机械结构和控制部分。机械部分主要由无摩擦的弹性轴、安装有发动机能绕弹性轴转动的动架以及安装有位移传感器和电磁线圈的静架组成，如图1所示。

控制部分主体是一个PID控制电路，PID控制电路由运算放大器搭建。PID控制用来保证反馈的电磁力产生的力矩始终与推力器推力力矩平衡。图2为推力架的闭环控制回路简图。

图1 推力架……