[發明專利]浮球平臺液浮式球體配重方法

有效

• 申請號: 201611099338.2
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106768644B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 白錫斌;張士峰;蔡洪;楊華波;黃宇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01M1/36
• 分類號: G01M1/36;G01M1/12
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陳立新

本發明提供了一種浮球平臺液浮式球體配重方法，以實現球體在液體中所受重力與浮力相等，質心與球心重合。首先，根據球體結構進行質量配重，使球體重力接近浮力，然后在球體漂浮情況下利用外掛重物進行質心檢測，計算出球體的質心位置和最大重力矩，最后根據球體質心位置對所配重量進行調整，并計算得出球體各坐標軸上需要調整的質量，使質心盡量靠近球心，使球體最大重力矩小于設定閾值。本發明提供方法能夠適應不同密度的液體；外部輔助設備只需一塊檢測重物即可實現對球體重心的調整，操作簡單；能夠定量計算出質心位置和最大偏心距，便于球體的動力學建模。

技術領域

本發明涉及質心測量技術領域，具體的涉及一種浮球平臺液浮式球體配重方法。

背景技術

物體的質量分布決定著物體的運動特性，尤其是物體的姿態運動。物體處于重力場中時，會受到重力的作用，重力可等效地作用在其質心(重心)上。若物體與其他靜止的載體固連，載體與物體的相互作用力將會與物體的重力達到平衡，使物體處于靜止狀態，但是如果物體沒有固連于靜止的載體上，那么物體將會調整姿態，使其所受的力與重力達到力和力矩平衡，例如，漂浮于海面上的船體和沉入海面下的潛艇，它們均受到海水的浮力，需要通過配重使其形心(浮心)與重心處于同一對稱截面上，以保證航行時的姿態穩定。又如，飛機在設計時需要考慮壓心與質心的位置關系，以達到設計的機動性能。

浮球平臺的球體作為浮球平臺的穩定臺體，其內部裝有慣性測量設備、控制系統執行機構、泵及液體循環管路系統，由于各部件的裝配位置不對稱及各部件質量不相等，球體組裝完成后球體的質心與球心不重合，導致球體重力對球心產生力矩，使球體自動翻滾到質心位于球心下方的自平衡位置。球體配重包括配質量和配質心。配質量是通過增加配重物對球體的重力進行調整，使球體重力與球體完全浸沒在液體中的浮力相等，球體處于懸浮狀態，以減小懸浮墊靜壓支承負擔。但是，實際操作過程中無法實現球體所受浮力和重力嚴格相等，只能使球體完全浸沒時的浮力與重力的差小于某個誤差范圍內，球體處于漂浮狀態。配質心是通過調整配重的分布，使質心與形心(浮力的作用點)重合，消除重力矩，在不考慮球體變形的情況下，球心即為形心。但是，實際的操作無法使質心與球心無法嚴格重合，只能可通過調整質量分布使質心與球心的偏差小于某個誤差限，從而保證球體的最大重力矩小于力矩器所能提供的控制力矩。

由于球體表面沒有專門的可承受自身重量的掛點，而且球體需在液體中工作，因此，需采用液浮配重方式進行球體質量調整?，F有的潛航器和船舶均通過配重使重心在形心以下，以保證載體的自穩定性，并未對球體的質心和球心之間的距離進行調整。浮球平臺的球體完全浸沒在液體中，需進行全姿態的穩定控制，因此球體配重需要達到兩個指標：球體完全浸沒時，其重力與浮力相等；球體質心與球心重合，使最大重力矩至少小于球體力矩器產生的控制力矩，以確保力矩器能夠對球體的姿態進行控制。當然，實際操作沒法實現重力與浮力的完全相等以及球體質心與球心的完全重合，但這可作為球體配重的目標，使重力盡量接近浮力，質心盡量靠近球心。

現有技術中缺乏球體漂浮狀態下使球體質心盡量靠近球心的配重方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種浮球平臺液浮式球體配重方法，該發明解決了現有技術中球體漂浮狀態下通過調整配重質量分布減小質心與球心距離的技術問題。

本發明提供一種浮球平臺液浮式球體配重方法，能夠實現浮球平臺球體在漂浮狀態下的配重，能夠定量計算出質心位置和最大重力矩，便于球體的動力學建模和穩定控制，并且該方法適合于球體在不同密度的液體中的配重。

進一步地，計算出球體排開液體的體積V_p，根據所用懸浮液的密度ρ_l計算出球體懸浮時的質量M_d。

進一步地，通過質量配重使重力與球體懸浮時浮力的差值小于質量誤差限。

進一步地，球體在液體中自然靜止，確定坐標軸朝上的順序，按朝上的坐標軸，從上到下依次編號，同時記錄朝上的掛點是該軸的正向還是負向。