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| 內容簡介： |
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本书主要介绍液体火箭发动机试验测量系统与控制系统的结构组成、工作原理、设计技术，以及应用软件的开发、调试验证方法、工程应用经验等内容。全书分为14章，第1章概论，主要介绍发动机试验的目的、类型与特点，测控系统的作用、特点与组成，测控系统架构，控制模式，测量参数分类，测控系统发展历程与发展趋势。第2章试验对测控系统的要求，主要介绍试验对测控系统的总体要求，试验对控制系统、测量系统的要求。第3章推力测量技术，主要介绍推力测量系统设计、稳态推力测量技术、负推力修正技术、动态推力测量技术、多分推力测量技术、推力测量不确定度评估。第4章压力测量技术，主要介绍压力测量系统设计，稳态压力、高低温条件下压力、真空压力测量技术，现场校准、数据处理技术，压力测量系统不确定度评估。第5章流量、转速测量技术，主要介绍流量、转速测量系统结构组成与功能，涡轮流量计研制与安装技术，信号调理与抗干扰技术，数据采集、原位校准、介质密度获取、数据处理与分析等技术，流量测量不确定度评定。第6章温度测量技术，主要介绍温度测量系统设计，热电偶、热电阻测量技术，现场校准技术，温度数据处理方法，温度测量不确定度评定。第7章动态参数测量技术，主要介绍动态参数测量系统组成、系统设计要求、校准方法、动态参数测量与数据处理方法、动态参数测量系统不确定度评定。第8章其他参数测量技术，主要介绍热流、光纤、红外温度测量技术，机器视觉图像检测技术，气体流场测量技术，高速空间运动轨迹测试技术。第9章发动机试验控制技术，主要介绍控制系统架构、控制方法及工作过程，控制对象分类，控制系统硬件技术，控制时序自动判读技术，发动机试验控制技术典型应用。第10章试验状态监控技术，主要介绍闭环控制技术、发动机故障诊断技术、姿控动力系统仿真显示技术、试验系统健康监测技术。第11章伺服控制技术，主要介绍伺服机构、地面伺服控制系统、模拟伺服机构控制、数字总线伺服机构控制。第12章应用软件设计，主要介绍应用软件组成与特点、应用软件设计方法、常用应用软件设计要点、应用软件设计举例。第13章试验数据分析技术，主要介绍数据分析方法，数据修正、数据评估技术。第14章试验系统测试技术，主要介绍测控系统测试内容、测试方法、试验测控系统维护方法。
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| 目錄：
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第1章概论1
1.1发动机试验的目的、类型与特点1
1.2测控系统的作用、特点与组成2
1.2.1测控系统的作用与特点2
1.2.2控制方式与系统组成3
1.2.3测量系统组成与功能7
1.3控制架构与模式11
1.3.1控制系统架构12
1.3.2控制模式13
1.4测量系统架构与参数分类15
1.4.1测量系统架构15
1.4.2测量参数分类17
1.5测控系统发展历程与发展趋势18
1.5.1控制系统发展历程与不足18
1.5.2测量系统发展历程与不足20
1.5.3测控技术发展趋势23
参考文献26
第2章试验对测控系统的要求27
2.1试验对测控系统的总体要求27
2.2试验对控制系统的要求28
2.2.1控制功能、能力与指标要求28
2.2.2控制模式、架构与可靠性要求30
2.2.3控制软件要求33
2.3试验对测量系统的要求35
2.3.1对参数测量的基本要求35
2.3.2测量系统专用要求37
2.3.3对关键参数测量要求39
2.3.4对测量参数数据处理分析要求42
2.3.5对测量软件要求44
参考文献48
第3章推力测量技术49
3.1推力测量系统设计49
3.1.1测量系统结构原理与组成49
3.1.2测量系统指标要求52
3.2稳态推力测量技术52
3.2.1试车架设计技术52
3.2.2原位校准系统54
3.2.3数据采集系统56
3.2.4推力测量精度影响因素分析56
3.3负推力修正技术60
3.3.1负推力修正分析60
3.3.2负推力修正62
3.4动态推力测量技术65
3.4.1系统设计65
3.4.2静态原位校准系统设计68
3.4.3压电式力传感器校准方法71
3.4.4基于电动缸的自动加载技术72
3.4.5动态标定系统设计73
3.4.6动态数据分析80
3.5多分推力测量技术85
3.5.1多分力推力架设计技术86
3.5.2多分力校准技术96
3.5.3解耦技术99
3.5.4多分力测量系统热试车验证100
3.6不确定度评估101
3.6.1不确定度的来源分析101
3.6.2不确定度评估方法102
参考文献105
第4章压力测量技术106
4.1系统设计106
4.1.1需求分析106
4.1.2系统组成及原理107
4.1.3系统设计108
4.2稳态压力测量112
4.2.1常用的压力传感器112
4.2.2压力传感器安装工艺116
4.2.3信号调理技术117
4.3高低温条件下压力测量121
4.3.1高温压力测量121
4.3.2低温压力测量122
4.4真空压力测量124
4.4.1真空计的分类 124
4.4.2真空计的选型和安装 125
4.4.3真空环境对压力传感器的影响126
4.5现场校准技术127
4.5.1电量校准127
4.5.2静态物理量校准128
4.6数据处理132
4.6.1处理方法132
4.6.2数据分析与确认134
4.7测量系统不确定度评估135
4.7.1稳态压力测量系统不确定度评定136
4.7.2低温压力校准装置测量不确定度评定140
参考文献143
第5章流量、转速测量技术144
5.1测量系统结构组成与功能144
5.1.1结构组成144
5.1.2主要功能145
5.2流量计研制与安装技术146
5.2.1流量计测量原理146
5.2.2涡轮流量计研制148
5.2.3流量计选型150
5.2.4流量计安装技术154
5.3信号调理与抗干扰技术156
5.3.1频率信号调理器设计156
5.3.2抗干扰技术 163
5.4数据采集技术166
5.4.1采集原理与采集速率166
5.4.2采样误差分析169
5.5原位校准技术170
5.5.1常温推进剂流量校准技术170
5.5.2低温推进剂流量校准技术173
5.6密度获取技术179
5.6.1常温推进剂密度获取技术179
5.6.2低温推进剂密度获取技术180
5.7数据处理、分析技术182
5.7.1数据处理182
5.7.2数据分析与确认185
5.7.3数据提供方法187
5.8流量测量不确定度评定188
5.8.1低温流量校准装置不确定度评定188
5.8.2姿轨控发动机稳态流量校准装置不确定度评定193
5.8.3涡轮流量计流量测量不确定度评定195
参考文献203
第6章温度测量技术204
6.1温度测量系统设计204
6.1.1温度测量基础204
6.1.2温度测量系统原理与组成205
6.1.3主要部件选型与设计207
6.2热电偶测量技术208
6.2.1热电偶测温原理208
6.2.2热电偶种类209
6.2.3热电偶测温系统组成210
6.2.4热电偶补偿与安装技术212
6.3热电阻测量技术214
6.3.1热电阻测温原理214
6.3.2热敏电阻测温原理215
6.3.3热电阻测温系统组成216
6.3.4热电阻测试技术218
6.4温度测量现场校准技术221
6.4.1热电偶通道校准221
6.4.2铂电阻通道校准222
6.4.3热敏电阻通道校准222
6.4.4温度变送器通道校准223
6.5温度数据处理方法224
6.5.1热电偶数据处理224
6.5.2铂电阻数据处理225
6.5.3热敏电阻数据处理225
6.5.4温度变换器参数数据处理226
6.6温度测量不确定度评定226
6.6.1温度的量值传递与溯源226
6.6.2温度测量不确定度分量组成227
6.6.3温度测量不确定度A类评定229
6.6.4温度测量不确定度B类评定231
6.6.5温度测量不确定度评定232
参考文献235
第7章动态参数测量技术236
7.1系统组成236
7.1.1传感器237
7.1.2信调器与数据采集239
7.1.3实时显示及数据处理239
7.2系统设计要求240
7.3校准方法241
7.3.1实验室计量校准241
7.3.2现场校准242
7.4动态参数测量方法243
7.4.1采集系统设置243
7.4.2脉动压力测量245
7.4.3噪声测量247
7.4.4动应变测量250
7.4.5振动传感器安装流程252
7.4.6可靠性分析255
7.4.7实时监测256
7.5数据处理259
7.5.1数据处理要求259
7.5.2数据处理流程260
7.5.3数据处理方法261
7.5.4频谱处理263
7.5.5冲击响应谱265
7.5.6故障信号分析266
7.5.7瞬态信号分析270
7.6动态参数测量系统不确定度评定271
7.6.1不确定度的A类评定272
7.6.2不确定度的B类评定274
7.6.3测量系统不确定度的计算276
参考文献277
第8章其他参数测量技术278
8.1热流测量技术278
8.1.1热流传感器分类278
8.1.2热流传感器原理279
8.1.3热流传感器选型282
8.1.4热流测量系统283
8.1.5影响热流测量准确性的因素 283
8.2光纤测量技术284
8.2.1光纤Bragg光栅理论基础284
8.2.2测量系统组成及测量方法289
8.3红外温度测量技术297
8.3.1发动机红外温度测量技术297
8.3.2红外温度测量系统298
8.3.3影响红外测温的因素300
8.3.4发动机红外测温的不足303
8.3.5红外热像现场校准方法304
8.3.6红外热像仪测量工艺方法305
8.3.7发动机红外参数及数据分析310
8.4机器视觉图像检测技术311
8.4.1视觉图像检测技术应用311
8.4.2系统构成312
8.4.3产品状态检测系统314
8.5气体流场测量技术315
8.5.1气体流场压力测量316
8.5.2气流场温度测量318
8.5.3气流场速度测量319
8.5.4风洞试验流场校测320
8.6高速空间运动轨迹测试技术323
8.6.1应用背景323
8.6.2测试原理及方法324
8.6.3系统组成326
8.6.4图像处理功能327
8.6.5测试流程327
参考文献330
第9章发动机试验控制技术331
9.1控制系统架构、控制方法及工作过程331
9.1.1系统架构331
9.1.2系统组成及功能332
9.1.3控制方法333
9.1.4系统工作流程337
9.2控制对象分类338
9.2.1电爆管338
9.2.2电磁阀339
9.2.3电动阀340
9.2.4调节阀342
9.3控制系统硬件技术343
9.3.1控制器343
9.3.2常见的控制器344
9.3.3外围接口电路352
9.3.4典型控制电路362
9.4控制时序自动判读技术364
9.4.1自动判读程序设计原则364
9.4.2自动判读程序设计方法365
9.5发动机试验控制技术典型应用367
9.5.1大推力发动机试验控制系统367
9.5.2姿轨控发动机试验控制系统368
参考文献371
第10章试验状态监控技术372
10.1闭环控制技术372
10.1.1控制目标选择372
10.1.2执行机构选择373
10.1.3控制参数选择374
10.1.4可靠性设计376
10.1.5可维修性设计378
10.2发动机故障诊断技术381
10.2.1故障诊断基本概念和指标381
10.2.2发动机试验故障诊断系统设计382
10.2.3发动机试验故障诊断技术发展388
10.3姿控动力系统仿真显示技术388
10.3.1仿真显示系统设计原则388
10.3.2仿真显示系统设计389
10.4试验系统健康监测技术393
10.4.1维护方式与检测作用393
10.4.2监测系统网络架构394
10.4.3监测系统设计原则与功能395
10.4.4状态监测内容397
10.4.5监测数据统计分析398
参考文献400
第11章伺服控制技术401
11.1伺服机构401
11.1.1伺服机构分类401
11.1.2伺服机构原理403
11.2地面伺服控制系统405
11.2.1控制系统功能405
11.2.2控制系统组成406
11.2.3摇摆控制系统测试内容407
11.3模拟伺服机构控制 408
11.4数字总线伺服机构控制411
参考文献416
第12章应用软件设计417
12.1应用软件组成与特点417
12.2应用软件设计方法418
12.2.1软件开发过程418
12.2.2软件需求分析418
12.2.3设计实现419
12.2.4测试确认419
12.3常用应用软件设计要点421
12.3.1控制软件及设计要点421
12.3.2测量软件及设计要点425
12.4发动机试验应用软件设计举例430
12.4.1大型发动机控制软件设计430
12.4.2姿轨控发动机控制软件设计435
12.4.3吸气式发动机试验分布式测量软件设计440
参考文献445
第13章试验数据分析技术446
13.1数据分析方法446
13.1.1数据分析前准备446
13.1.2正常数据确认447
13.1.3异常数据确认447
13.1.4数据处理取舍方法448
13.1.5历史试验数据对比450
13.1.6数据包络分析450
13.2数据修正技术450
13.2.1常温环境的数据修正450
13.2.2低温环境的数据修正455
13.2.3高温环境的数据修正456
13.3数据评估技术457
参考文献460
第14章试验系统测试技术461
14.1测控系统测试内容461
14.1.1测控系统测试项目461
14.1.2系统测试流程463
14.2测控系统测试方法467
14.2.1控制系统检查测试方法467
14.2.2测量系统检查测试方法469
14.2.3故障诊断系统检查测试方法471
14.2.4摇摆测控系统检查测试方法471
14.2.5电源配电系统检查测试方法472
14.3试验测控系统的维护方法473
14.3.1硬件检查维护473
14.3.2软件维护473
参考文献475
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| 內容試閱：
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液体火箭发动机的研制是一项异于常规产品的复杂任务，其中试验环节贯穿始终，是研制过程中的重要环节和最后一道关口。试验是检验发动机设计方案的可行性、生产工艺的稳定性和工作可靠性的主要手段。通过试验，可以全面评估发动机的性能、可靠性，为即将交付的飞行发动机提供严格的质量检验，确保火箭发动机满足高标准的飞行要求。
液体火箭发动机试验系统主要由试验台主体、推进剂供应系统、控制系统、测量系统和辅助系统（吊装、供电、消防、通信、推进剂储存运输、气体生产、分析化验）等组成。其中，控制系统是试验系统的“大脑”和总指挥。控制系统的作用是按预先确定的试验程序发出指令信号，指挥试验系统及发动机上的各种控制组件准时、正确、可靠地工作，调节发动机入口压力、推进剂流量等参数，以满足发动机正常工作的需求。一旦发动机或试验系统出现异常或故障趋势，控制系统能及时、准确地进行诊断，启动紧急预案，防止潜在的灾难性故障发生。测量系统是试验系统的数据中心，负责准确、可靠、完整地采集发动机试验过程中的各项参数及试验系统的状态信息。通过实时反映发动机及试验系统的实际状态，测量系统为试验指挥人员提供准确、可靠的判断依据。当采集到的关键性能参数出现异常时，测量系统能按给定的诊断准则进行实时判断，并做出相应决策。试验获得的大量参数信息为发动机的设计改进、结构优化、材料升级以及发动机性能和可靠性的提升与评估、交付验收等方面提供了数据支撑。
本书主要介绍液体火箭发动机试验测量系统与控制系统的结构组成、工作原理、设计技术，以及应用软件的开发、调试验证方法、工程应用经验等内容。全书分为14章，第1章概论，主要介绍发动机试验的目的、类型与特点，测控系统的作用、特点与组成，测控系统架构，控制模式，测量参数分类，测控系统发展历程与发展趋势。第2章试验对测控系统的要求，主要介绍试验对测控系统的总体要求，试验对控制系统、测量系统的要求。第3章推力测量技术，主要介绍推力测量系统设计、稳态推力测量技术、负推力修正技术、动态推力测量技术、多分推力测量技术、推力测量不确定度评估。第4章压力测量技术，主要介绍压力测量系统设计，稳态压力、高低温条件下压力、真空压力测量技术，现场校准、数据处理技术，压力测量系统不确定度评估。第5章流量、转速测量技术，主要介绍流量、转速测量系统结构组成与功能，涡轮流量计研制与安装技术，信号调理与抗干扰技术，数据采集、原位校准、介质密度获取、数据处理与分析等技术，流量测量不确定度评定。第6章温度测量技术，主要介绍温度测量系统设计，热电偶、热电阻测量技术，现场校准技术，温度数据处理方法，温度测量不确定度评定。第7章动态参数测量技术，主要介绍动态参数测量系统组成、系统设计要求、校准方法、动态参数测量与数据处理方法、动态参数测量系统不确定度评定。第8章其他参数测量技术，主要介绍热流、光纤、红外温度测量技术，机器视觉图像检测技术，气体流场测量技术，高速空间运动轨迹测试技术。第9章发动机试验控制技术，主要介绍控制系统架构、控制方法及工作过程，控制对象分类，控制系统硬件技术，控制时序自动判读技术，发动机试验控制技术典型应用。第10章试验状态监控技术，主要介绍闭环控制技术、发动机故障诊断技术、姿控动力系统仿真显示技术、试验系统健康监测技术。第11章伺服控制技术，主要介绍伺服机构、地面伺服控制系统、模拟伺服机构控制、数字总线伺服机构控制。第12章应用软件设计，主要介绍应用软件组成与特点、应用软件设计方法、常用应用软件设计要点、应用软件设计举例。第13章试验数据分析技术，主要介绍数据分析方法，数据修正、数据评估技术。第14章试验系统测试技术，主要介绍测控系统测试内容、测试方法、试验测控系统维护方法。
本书由韩明、赵万明、赵政社等15位长期从事液体火箭发动机试验测控系统设计与试验，具有丰富工程实践经验，完成多个试验测控系统设计的专业技术人员共同撰写。其中，韩明确定全书的主题思想与架构、目录及章节主要论述内容，负责组织撰写人员对各章节内容进行多次审查修改并最终定稿。本书第1章、第2章由韩明、赵万明撰写；第3章由冷海峰、刘丽宁撰写；第4章由赵政社撰写；第5章由赵万明撰写；第6章由李正兵撰写；第7章由陈海峰撰写；第8章由刘英元、李志勋、唐云龙撰写；第9章由郭立、李志勋、朱丹波、吕欣撰写；第10章由韩明、朱丹波、唐云龙、吕欣、邝奇撰写；第11章由邝奇、郭立撰写；第12章由唐云龙、朱丹波、吕欣、邝奇撰写；第13章由刘丽宁撰写；第14章由单琳、赵政社撰写。李斌研究员对本书的撰写工作进行了指导，史超研究员参与了本书架构与目录的讨论并提出修改意见。刘强、钟伟、杜晨昕负责图书的出版管理工作。
目前，液体火箭发动机试验技术方面的专著很少，专注于试验测控技术的书籍更少。本书主要介绍发动机试验测量与控制方面的系统设计技术、系统安装与调试技术、工程应用经验和近年发展的测控新技术，对基础理论介绍较少。书中部分理论计算引用了公开发表的参考文献，部分计算数据、试验测控系统调试验证方法等是作者长期实践经验的积累、凝练、总结和单位内部归档资料的精华（参考文献中未列出）。本书将一线专家在液体动力试验测控技术研究领域的丰富经验进行了提炼、归纳，旨在为从事液体火箭发动机试验、航天靶场发射、大型工程试验测控系统设计的专业技术人员提供理论指导和实践经验参考。同时，对于工程测量与控制领域的年轻技术人员来说，这也是一本助力其快速成长的宝贵资料，有助于我国未来打造出功能完善、技术先进、可靠性高的液体火箭发动机试验测控系统。作者在书中还列举了长期稳定运行的应用实例，提升了其参考价值。本书所述内容通俗易懂，专业性和通用性兼顾，适合发动机试验、靶场发射、工程试验与测试等测控系统设计与试验人员阅读，同时也可供高校从事火箭发动机设计理论和测控理论教学的教师和相关专业的学生及大型工程试验测控技术人员和航天爱好者参考。
参与本书撰写的15位作者都是长期在液体火箭发动机试验一线工作的专家，完成了许多液体火箭发动机试验测控系统设计和试验任务。我们在完成繁重的科研任务之余，倾注心血撰写了本书。在此，对参与本书策划、撰写、修改、出版等工作的所有人员表示衷心的感谢。本书的出版得到了航天科技图书出版基金的资助和中国宇航出版社的大力支持，在此深表感谢！
由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，恳请广大读者批评指正。
韩明
2023年9月于西安
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