[發明專利]一種高效的飛機質量特性測量方法

有效

• 申請號: 201811439002.5
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109606732B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 張永亮;李寶海;陶軍;王鵬輝;于瑾;崔洪偉;韋冰峰
• 申請（專利權）人: 北京強度環境研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01M1/12
• 分類號: G01M1/12;B64F5/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高效的飛機質量特性測量方法，包括質心測量方法除采用三點法確定平面質心外，高度質心采用無人機相對地面傾斜一定角度的測量方案，經過后期的計算分析得到，并采用基于添加彈性元件的自由衰減振動法實現帶翼無人機的轉動慣量測量。

技術領域

本發明涉及質量特性測量技術領域，具體是一種高效的飛機質量特性測量方法。

背景技術

物體的質量特性測量項目包括質量、質心和轉動慣量等。質量特性測量為物體的飛行姿態調整和飛行軌跡的理論計算提供了重要的基礎理論參數，在航空航天、武器系統、精密儀器、工業機械等領域，這些參數必須被準確測量。但是在不同的應用領域，質量特性參數測量的側重點各有不同。在航空航天領域，需要測量全部的質量特性參數，這樣，產品質量才能得到全面的評價。

測量大型試件的轉動慣量主要采用復擺法、扭擺法和三線擺法等方法，3種方法的共同點是對被測物體施加外力,使其偏離平衡位置后撤除外力，通過測量自由擺動周期來算出被測物體對于回轉軸的轉動慣量。目前精度最高、最常用的是扭擺法，摩擦阻力和空氣阻力是誤差的主要來源。

但是以上測量方法對被測試件的尺寸和重量都有一定的限制。測量方法還需要對被測試件進行旋轉，需被測試件可提供接口用于相應配套工裝設計。這導致采用復擺法和扭擺法需要構建結構龐大的測量裝置，成本高，周期長，安裝及實驗操作的要求也高，而且還需要測量實驗裝置本身的轉動慣量，增大了測量誤差。

大型復雜結構物體是指普遍存在于航空航天和武器領域的一些產品，如具有翼、舵或者太陽能電池帆板的大型帶翼飛機、洲際導彈、火箭彈、衛星等，這些被測件的外表面不是圓柱面，且往往具有大尺寸、大長徑比和質量大等特點，測量橫偏量時，實現旋轉存在困難。測量時的多次裝卡，容易引起定位誤差且降低測量效率。因此，需要研制一種新的測量橫偏量和轉動慣量的方法和裝置，使得橫偏量的測量過程更簡單，在測量轉動慣量時，裝置本身的結構特點就可以減小被測件測量過程中所受的空氣阻尼，無需采用復雜的誤差補償算法，并可減少裝卡次數，提高集成化程度，使測量結果控制在規定的誤差范圍內。所以傳統方法對于大型帶翼無人機的研制需要的質量特性測量并不適用。而且為了控制小型無人機的研制成本和縮短研制周期，有必要設計一種簡單有效的質量特性測量方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高效的飛機質量特性測量方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高效的飛機質量特性測量方法，包括以下步驟：

步驟1，測量質心坐標：

1)將無人機機身調整到機身的xz坐標平面平行于地面的狀態；

2)在前后起落架上布置三個承重傳感器，測量承重傳感器的輸出和承重傳感器的空間坐標，基于三點法測量無人機質心xz坐標，

3)降低或提高后起落架高度，z軸與地面平行；在前后起落架布置三個承重傳感器，測量承重傳感器的輸出和承重傳感器的xz空間坐標及飛機的x軸與地面夾角，得到y軸質心坐標；再利用三角函數關系計算出質心的高度坐標；

步驟2、測量轉動慣量，包括以下步驟：

1)對彈性元件進行剛度標定；

2)安裝傾角傳感器和加速度傳感器；

3)將無人機調整到機身的的xz坐標平面平行于地面；

4)在后起落架處安裝俯仰自由度定軸旋轉工裝，在前起落架安裝彈性元件，然后基于彈簧單擺自由衰減振動法，得到被測體繞其質心的轉動慣量；

5)測量彈簧元件和定軸旋轉工裝旋轉軸的空間位置坐標；

6)等系統穩定靜止不動后，通過施加初始位移或是人工定頻激振后，記錄系統的自由衰減振動信號；