火箭发动机喷管三维运动参数的测试是对其精确控制的前提,其校准装置是保证测试精度的关键。本文提出了一种能够直接模拟火箭喷管实际运动并提供标准的位置和运动参数的校准装置,用于火箭喷管三维运动测试的静态和动态校准。在分析火箭喷管运动的基础上,设计了一种新型校准装置的结构。该装置主要由基座、升降台、摇摆台以及喷管标准件组成;具有三个自由度,分别为绕X轴和Y轴的摆动,以及Z轴方向的直线移动。应用多体系统运动学误差理论推导了几何误差源影响校准装置的指向误差和摆心位置误差的公式,分析了几何误差的来源。通过仿真得出了指向误差和摆心位置误差在喷管摆动范围内的分布,指出为满足校准精度,对指向误差影响较大的垂直度误差应控制在15″之内,对摆心位置误差影响较大的相交度误差应控制在80 μm以内。

三维相位展开算法将基于空间的相位展开算法拓展到时间轴上, 包含了一维时间和二维空间信息, 适合于运动测试。通过建立一维时间相位展开算法的数学模型, 分析了该算法运动测试的基本原理, 讨论了在精密测试中的使用方法和适用范围, 并对微谐振器的微结构进行运动测试。实验表明, 算法在相位展开中引入时间信息, 不仅消除了形变测量中需选取静止点为相位参考点或参考平面的限制, 还可以同时测量物体表面某点纳米级的离面运动曲线和表面形变。