CN105136392B - 一种飞艇重心测量设备及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞艇重心测量设备及测量方法，包括计算机、两个电子秤、能够固定在飞艇上的固定带和设置在地面上的固定架以及若干传感器，由于飞艇在制造过程中宽度方向按完全对称设计，因此只需要测量出沿长度方向的重心即可，一种飞艇重心测量设备在固定飞艇后，通过多个传感器进行位置确定，最后定位出飞艇的重心位置。
Description
【技术领域】
本发明属于航空领域，具体涉及一种飞艇重心测量设备及测量方法。
【背景技术】
飞艇是一种轻于空气的航空器，在飞行中主要依靠内部充满氢气或氦气的气囊提供的浮力将飞艇及其载荷支持在空中，由于它不需要专用的起降机场和滞空时间长等特点，在军民用领域的应用越来越广泛，而飞艇浮力的调控是通过辅助气囊给飞艇主气囊充排氦气或空气实现的，但是给气囊充排气后主气囊的气体分布就会发生变化，导致气囊的重心发生变化，特别是沿长度方向重心的变化，会引起飞艇姿态的变化，给飞艇的飞行安全带来一定的隐患，同时也会影响飞艇飞行动力的经济性。
传统的重心测量方法都是采用的重力法测量物体的重心，而飞艇是悬浮在空气中的，根本不可能再用传统的重力法称量飞艇的重量和重心。目前对飞艇重心的测量也是困扰整个国际航空界浮空器研发领域的一个重大技术难题，到目前为止还没有能够测量飞艇重心的方法或设备。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种飞艇重心测量设备及方法，解决飞艇重心的测量问题。
为了达到上述目的，一种飞艇重心测量设备，包括计算机、两个电子秤、能够固定在飞艇上的固定带和设置在地面上的固定架，固定架顶端设置有能够固定测量杆的固定装置，固定装置底部连接有第二测力传感器，地面上设置有固定座，固定座上设置有工作台，工作台上设置有能够通过控制器控制升降的升降器，升降器上通过牵引绳连接有第一测力传感器和第二倾角传感器，牵引绳上设置有激光测距仪，飞艇的侧面设置有第一倾角传感器，计算机能够采集第一测力传感器、第二测力传感器、第一倾角传感器和第二倾角传感器的数据。
所述固定装置包括设置在第二测力传感器上的刀口，刀口上开设有与测量杆相配合的圆弧槽，刀口通过螺栓固定。
底座的固定架与固定座连接有定位线。
所述飞艇下方轴线上设置有激光笔。
所述激光测距仪设置在牵引绳的中点上。
所述第一测力传感器能够设置在飞艇的尾部或飞艇吊篮的底部。
所述计算机能够通过无线通信模块读取第一倾角传感器的数据，通过无线称重模块读取第二倾角传感器的数据。
一种飞艇重心测量设备的测量方法，包括以下步骤：
步骤一：将排空气体的飞艇置于第一电子秤上称重，得出飞艇未充气时的重量G1；
步骤二：把氦气瓶和空气瓶放在第二电子秤上，称量充气前的总重量，再将气瓶和飞艇连接在一体，给飞艇充气，充气结束后称量充气后气瓶的重量，前后之差就是充入飞艇的气体重量G2；
步骤三：在飞艇前端固定测量杆，并将测量杆固定在固定架上，在飞艇下端纵向中心线上固定激光笔，在飞艇两侧对称设置固定带，在飞艇吊篮上固定有第一测力传感器，第一测力传感器通过牵引绳与固定座上面的升降器相连接；
步骤四：计算机通过无线通信模块读取第一倾角传感器的数据，通过无线称重模块读取第二倾角传感器的数据，驱动控制器控制升降器拉紧或放松牵引绳，同时控制移动工作台水平移动使飞艇长度方向轴线水平，使第一测力传感器受力方向与地面垂直；
步骤五：调整固定带使激光笔的光斑照射到定位线上；
步骤六：通过激光测距仪测量从固定架顶端中心到牵引绳的垂直距离L1，并输入计算机；
步骤七：计算机读取飞艇固定架上第二测力传感器的数据F0和第一测力传感器的数据F1；
步骤八：把第一测力传感器连通牵引绳移到飞艇后端；
步骤九：控制器控制升降器拉紧或放松牵引绳，同时控制工作台移动使飞艇长度方向轴线水平，使第一测力传感器受力方向与地面垂直后，计算机采集第一测力传感器的数据F2和激光测距仪测量的从固定架顶端中心到牵引绳的垂直距离L2；
步骤十：计算机计算出飞艇的重心。
所述步骤二中，通入不同比例的气体，即可测出不同气体下飞艇的重心。
所述步骤十中，飞艇重心的计算方法如下，
通过公式F＝F0+F1+G1+G2和G＝G1+G2，得到飞艇的浮力F和飞艇总重量G；
通过力矩平衡公式F×L＝G×X+F1×L1和F×L＝G×X+F2×L2，得到最后重心到固定架顶端中心的距离。
与现有技术相比，由于飞艇在制造过程中宽度方向按完全对称设计，因此只需要测量出沿长度方向的重心即可，一种飞艇重心测量设备在固定飞艇后，通过多个传感器进行位置确定，最后定位出飞艇的重心位置，本装置结构简单。
进一步的，本发明通过刀口加螺栓固定测量杆，固定更加牢靠。
进一步的，本发明设置有定位线，能够使飞艇重心称量时有最佳的测量姿态。
进一步的，本发明设置有激光笔，能够便于找正飞艇轴线。
一种飞艇重心测量设备的测量方法，通过测量飞艇的浮力和飞艇的总重量，再通过力矩平衡公式，最终得出飞艇重心位置，通过本方法确定飞艇的重心后，能够艇减小飞艇飞行时的安全隐患，同时也大大提高了飞艇飞行动力的经济性。
进一步的，本发明能够通入入不同的气体，即可测出不同气体下飞艇的重心，大大提高了本发明的适用性与科研能力。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的传感器组的示意图；
图3为本发明固定装置的结构示意图。
【具体实施方式】
参见图1、图2和图3，一种飞艇重心测量设备，包括计算机、两个电子秤、能够固定在飞艇上的固定带15和设置在地面上的固定架25，固定架25顶端设置有能够固定测量杆1的固定装置，固定装置底部连接有第二测力传感器5，固定装置包括设置在第二测力传感器5上的刀口2，刀口2上开设有与测量杆1相配合的圆弧槽3，刀口2通过螺栓4固定，地面上设置有固定座24，固定座24上设置有工作台16，工作台16上设置有能够通过控制器17控制升降的升降器14，升降器14上通过牵引绳12连接有第一测力传感器9和第二倾角传感器10，牵引绳12中点上设置有激光测距仪13，飞艇的侧面设置有第一倾角传感器7，计算机能够采集第一测力传感器9、第二测力传感器5、第一倾角传感器7和第二倾角传感器10的数据，底座的固定架25与固定座24连接有定位线19，飞艇下方轴线上设置有激光笔23，第一测力传感器9能够设置在飞艇的尾部或飞艇吊篮的底部，计算机能够通过无线通信模块8读取第一倾角传感器7的数据，通过无线称重模块11读取第二倾角传感器10的数据。
一种飞艇重心测量设备的测量方法，包括以下步骤：
步骤一：将排空气体的飞艇置于第一电子秤20上称重，得出飞艇未充气时的重量G1；
步骤二：把氦气瓶和空气瓶放在第二电子秤22上，称量充气前的总重量，再将气瓶和飞艇连接在一体，给飞艇充气，充气结束后称量充气后气瓶的重量，前后之差就是充入飞艇的气体重量G2；
步骤三：在飞艇前端固定测量杆1，并将测量杆1固定在固定架25上，在飞艇下端纵向中心线上固定激光笔23，在飞艇两侧对称设置固定带15，在飞艇吊篮上固定有第一测力传感器9，第一测力传感器9通过牵引绳12与固定座24上面的升降器14相连接；
步骤四：计算机18通过无线通信模块8读取第一倾角传感器7的数据，通过无线称重模块11读取第二倾角传感器10的数据，驱动控制器17控制升降器14拉紧或放松牵引绳12，同时控制移动工作台16水平移动使飞艇长度方向轴线水平，使第一测力传感器9受力方向与地面垂直；
步骤五：调整固定带15使激光笔23的光斑照射到定位线19上；
步骤六：通过激光测距仪13测量从固定架顶端中心到牵引绳12的垂直距离L1，并输入计算机18；
步骤七：计算机18读取飞艇固定架25上第二测力传感器5的数据F0和第一测力传感器9的数据F1；
步骤八：把第一测力传感器9连通牵引绳12移到飞艇后端；
步骤九：控制器17控制升降器14拉紧或放松牵引绳12，同时控制工作台16移动使飞艇长度方向轴线水平，使第一测力传感器9受力方向与地面垂直后，计算机18采集第一测力传感器9的数据F2和激光测距仪13测量的从固定架顶端中心到牵引绳12的垂直距离L2；
步骤十：计算机18通过公式计算F＝F0+F1+G1+G2和G＝G1+G2，可得飞艇的浮力F和飞艇总重量G；
通过力矩平衡公式F×L＝G×X+F1×L1和F×L＝G×X+F2×L2，可得最后重心到固定架顶端中心的距离。
在步骤二中，通入不同比例的气体，即可测出不同气体下飞艇的重心。
Claims (10)
1.一种飞艇重心测量设备，其特征在于：包括计算机、两个电子秤、能够固定在飞艇上的固定带(15)和设置在地面上的固定架(25)，固定架(25)顶端设置有能够固定测量杆(1)的固定装置，固定装置底部连接有第二测力传感器(5)，地面上设置有固定座(24)，固定座(24)上设置有工作台(16)，工作台(16)上设置有能够通过控制器(17)控制升降的升降器(14)，升降器(14)上通过牵引绳(12)连接有第一测力传感器(9)和第二倾角传感器(10)，牵引绳(12)上设置有激光测距仪(13)，飞艇的侧面设置有第一倾角传感器(7)，计算机能够采集第一测力传感器(9)、第二测力传感器(5)、第一倾角传感器(7)和第二倾角传感器(10)的数据。
2.根据权利要求1所述的一种飞艇重心测量设备，其特征在于：所述固定装置包括设置在第二测力传感器(5)上的刀口(2)，刀口(2)上开设有与测量杆(1)相配合的圆弧槽(3)，刀口(2)通过螺栓(4)固定。
3.根据权利要求1所述的一种飞艇重心测量设备，其特征在于：底座的固定架(25)与固定座(24)连接有定位线(19)。
4.根据权利要求1所述的一种飞艇重心测量设备，其特征在于：所述飞艇下方轴线上设置有激光笔(23)。
5.根据权利要求1所述的一种飞艇重心测量设备，其特征在于：所述激光测距仪(13)设置在牵引绳(12)的中点上。
6.根据权利要求1所述的一种飞艇重心测量设备，其特征在于：所述第一测力传感器(9)能够设置在飞艇的尾部或飞艇吊篮的底部。
7.根据权利要求1所述的一种飞艇重心测量设备，其特征在于：所述计算机能够通过无线通信模块(8)读取第一倾角传感器(7)的数据，通过无线称重模块(11)读取第二倾角传感器(10)的数据。
8.权利要求1所述的一种飞艇重心测量设备的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将排空气体的飞艇置于第一电子秤(20)上称重，得出飞艇未充气时的重量G1；
步骤二：把氦气瓶和空气瓶放在第二电子秤(22)上，称量充气前的总重量，再将气瓶和飞艇连接在一体，给飞艇充气，充气结束后称量充气后气瓶的重量，前后之差就是充入飞艇的气体重量G2；
步骤三：在飞艇前端固定测量杆(1)，并将测量杆(1)固定在固定架(25)上，在飞艇下端纵向中心线上固定激光笔(23)，在飞艇两侧对称设置固定带(15)，在飞艇吊篮上固定有第一测力传感器(9)，第一测力传感器(9)通过牵引绳(12)与固定座(24)上面的升降器(14)相连接；
步骤四：计算机(18)通过无线通信模块(8)读取第一倾角传感器(7)的数据，通过无线称重模块(11)读取第二倾角传感器(10)的数据，驱动控制器(17)控制升降器(14)拉紧或放松牵引绳(12)，同时控制移动工作台(16)水平移动使飞艇长度方向轴线水平，使第一测力传感器(9)受力方向与地面垂直；
步骤五：调整固定带(15)使激光笔(23)的光斑照射到定位线(19)上；
步骤六：通过激光测距仪(13)测量从固定架顶端中心到牵引绳(12)的垂直距离L1，并输入计算机(18)；
步骤七：计算机(18)读取飞艇固定架(25)上第二测力传感器(5)的数据F0和第一测力传感器(9)的数据F1；
步骤八：把第一测力传感器(9)连通牵引绳(12)移到飞艇后端；
步骤九：控制器(17)控制升降器(14)拉紧或放松牵引绳(12)，同时控制工作台(16)移动使飞艇长度方向轴线水平，使第一测力传感器(9)受力方向与地面垂直后，计算机(18)采集第一测力传感器(9)的数据F2和激光测距仪(13)测量的从固定架顶端中心到牵引绳(12)的垂直距离L2；
步骤十：计算机(18)计算出飞艇的重心。
9.根据权利要求8所述的一种飞艇重心测量设备的测量方法，其特征在于：所述步骤二中，通入不同比例的气体，即可测出不同气体下飞艇的重心。
10.根据权利要求8所述的一种飞艇重心测量设备的测量方法，其特征在于：所述步骤十中，飞艇重心的计算方法如下，
通过公式F＝F0+F1+G1+G2和G＝G1+G2，得到飞艇的浮力F和飞艇总重量G；
通过力矩平衡公式F×L＝G×X+F1×L1和F×L＝G×X+F2×L2，得到最后重心到固定架顶端中心的距离。
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