CN112629753A - 一种飞行器y向质心的测量吊梁和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器Y向质心的测量吊梁和测量方法，属于质心测量领域，解决了现有技术中的飞行器Y向质心测量过程中手动测量数据较多导致测量精度和准确度较低的问题。本发明的测量吊梁包括吊梁本体、设于吊梁本体上的角度传感器以及与角度传感器连接的控制器，角度传感器的安装平面与飞行器的水平基准面平行。本发明的测量方法，采用上述飞行器Y向质心的测量吊梁，上述测量方法为角度传感器分别采集一次倾斜角度和二次倾斜角度并传送至控制器；计算得到飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标；然后计算得到飞行器的Y向质心坐标。本发明的测量吊梁和测量方法可用于飞行器的Y向质心测量。

Description

一种飞行器Y向质心的测量吊梁和测量方法

技术领域

本发明属于质心测量领域，具体涉及一种飞行器Y向质心的测量吊梁和测量方法。

背景技术

飞行器起飞方式采用与助推器并联布局的装配方式，飞行器的Y向质心决定助推器尾喷管的固定方向，Y向质心测量的精度和准确度直接影响飞行器与助推器的发射过程。

基于悬吊法的质心测量方法是将吊梁安装在飞行器上，在飞行器的水平基准面上选择两点作为基准点，手动测量两个基准点的距离；借助吊梁吊起飞行器，飞行器平稳后，手动测量两个基准点相对于飞行器的水平基准面的高度h1和h2，并计算高度差△h，根据两个基准点的距离和高度差△h，计算飞行器的倾斜角度α；然后，改变吊装位置，重新获得第二次的倾斜角度α，根据两次倾斜角度能够计算得到飞行器Y向质心。

显然地，采用上述方法，在倾斜角度的测量过程中，需要手动测量两个基准点的距离和高度三个数值，误差较大，从而导致飞行器Y向质心的测量精度和准确度较低。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种飞行器Y向质心的测量吊梁和测量方法，解决了现有技术中的飞行器Y向质心测量过程中手动测量数据较多导致测量精度和准确度较低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种飞行器Y向质心的测量吊梁，包括吊梁本体、设于吊梁本体上的角度传感器以及与角度传感器连接的控制器，角度传感器的安装平面与飞行器的水平基准面平行。

进一步地，角度传感器为数字化倾角仪。

进一步地，吊梁本体包括梁体、设于梁体上端面的吊环以及设于梁体上的多个起吊孔，吊环与其中一个起吊孔连接，角度传感器设于梁体的上端面。

进一步地，上述梁体上设有用于安装角度传感器的安装板。

进一步地，上述起吊孔包括前倾起吊孔和后仰起吊孔，当吊环与前倾起吊孔连接时，飞行器呈现前倾姿态，当吊环与后仰起吊孔连接时，飞行器呈现后仰姿态。

进一步地，上述角度传感器包括与前倾起吊孔对应的前倾角度传感器以及与后仰起吊孔对应的后仰角度传感器，前倾角度传感器设于梁体的上端面且位于前倾起吊孔的正上方，后仰角度传感器设于梁体的上端面且位于后仰起吊孔的正上方。

进一步地，上述前倾起吊孔的数量为多个，后仰起吊孔的数量为多个。

进一步地，满载降落架收起状态为第一状态，满载降落架放下状态为第二状态，空载降落架收起状态为第三状态，空载降落架放下状态为第四状态，沿飞行器的正航向，起吊孔分别为第一前倾起吊孔1A、第二前倾起吊孔2A、第一后仰起吊孔3A和第二后仰起吊孔4A，其中，第一前倾起吊孔1A和第二前倾起吊孔2A分别用于第一状态和第三状态飞行器的前倾起吊，第一后仰起吊孔3A和第二后仰起吊孔4A分别用于第一状态和第三状态飞行器的后仰起吊。沿飞行器的反航向，起吊孔分别为第三前倾起吊孔1B、第四前倾起吊孔2B、第三后仰起吊孔3B和第四后仰起吊孔4B，其中，第三前倾起吊孔1B和第四前倾起吊孔2B分别用于飞行器的前倾起吊，第三后仰起吊孔3B和第四后仰起吊孔4B分别用于飞行器的后仰起吊。

进一步地，上述起吊孔还包括梁体起吊孔，当吊环与梁体起吊孔连接时，梁体与水平方向平行。

进一步地，上述吊梁本体还包括吊带，天车的吊钩通过吊带与吊环连接，吊带的两端与天车的吊钩连接，吊带与部分吊钩构成环形，吊环挂设在环形的下端。

进一步地，吊带的两端开设通孔，天车的吊钩穿过通孔从而实现吊钩与吊带的连接。

进一步地，上述飞行器Y向质心的测量吊梁还包括设于吊带两端之间的套筒，套筒套设于天车的吊钩上，天车的吊钩依次穿过吊带的一端、套筒以及吊带的另一端。

进一步地，上述飞行器Y向质心的测量吊梁还包括设于吊带两端之间的圆台，圆台的顶端套设于台车的吊钩上，圆台的顶端开设穿孔，天车的吊钩依次穿过吊带的一端、圆台以及吊带的另一端，圆台的侧壁开设用于容纳部分吊带的凹槽。

进一步地，上述飞行器Y向质心的测量吊梁还包括扭转吊挂组件，当吊环与扭转吊挂组件连接时，飞行器与水平方向平行，通过扭转吊挂组件驱动飞行器沿轴向扭转。

进一步地，扭转吊挂组件包括安装座以及与安装座转动连接的转轴，转轴的轴线沿梁体的长度方向设置。

进一步地，上述飞行器Y向质心的测量吊梁还包括飞行器和梁体的组合体平衡起吊孔，扭转吊挂组件位于组合体平衡起吊孔的正上方。

本发明还提供了一种飞行器Y向质心的测量方法，采用上述飞行器Y向质心的测量吊梁，上述测量方法包括如下步骤：

飞行器被测量吊梁吊起，待飞行器稳定，角度传感器采集一次倾斜角度并传送至控制器；

改变飞行器的吊装位置，飞行器再次被测量吊梁吊起，待飞行器稳定，角度传感器采集二次倾斜角度并传送至控制器；

控制器根据一次倾斜角度和二次倾斜角度，计算得到飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标；

根据飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标、飞行器和测量吊梁组合体的重量、测量吊梁的Y向质心坐标以及测量吊梁的重量，计算得到飞行器的Y向质心坐标。

进一步地，上述一次倾斜角度和二次倾斜角度分别在15°～25°范围内。

进一步地，上述控制器根据一次倾斜角度和二次倾斜角度，计算得到飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标包括如下步骤：

建立定质心坐标系；

根据解析几何，建立飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心测量方程式如下：

式中：

X_∑、Y_∑为飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心在定质心坐标系中的X、Y坐标；

Xn、Yn为采集一次倾斜角度时起吊孔在定质心坐标系中的X、Y坐标；

Xm、Ym为采集二次倾斜角度时起吊孔在定质心坐标系中的X、Y坐标；

αn为一次倾斜角度；

αm为二次倾斜角度。

进一步地，已知飞行器和测量吊梁组合体的重量和Y向质心以及测量吊梁的重量和Y向质心，根据下式计算得到飞行器的Y向质心；

式中：

X_∑、Y_∑为飞行器和测量吊梁组合体在定质心坐标系中的X、Y坐标；

X_F、Y_F为飞行器在定质心坐标系中的X、Y坐标；

X_D、Y_D为测量吊梁在定质心坐标系中的X、Y坐标；

G_F为飞行器的重量；G_D为测量吊梁的重量。

需要说明的是，建立定质心坐标系，坐标原点O为飞行器最前端的点；X轴：飞行器纵向对称面与水平基准面的交叉线，指向飞行器尾部方向为正；Y轴：在飞行器纵向对称平面内，垂直于X轴，指向上方为正；Z轴：垂直于OXY平面，按右手系确定。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

a)本发明提供的飞行器Y向质心的测量吊梁，将角度传感器设于吊梁上，角度传感器的安装平面与飞行器的水平基准面平行，通过角度传感器能够直接获得飞行器的倾斜角度，测量数据仅为一个，相比于测量两个基准点的距离和高度差三个数据，能够有效提高质心测量的精度和准确度；同时，相比于人工手动测量两个基准点的高度差，角度传感器能够自动测量倾斜角度，能够进一步提高质心测量的精度和准确度。

b)本发明提供的飞行器Y向质心的测量吊梁能够实现非接触测量，从而能够保证在Y向质心的测量过程中对飞行器的稳定性基本上没有任何影响。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体发明的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例一提供的飞行器Y向质心的测量吊梁的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的飞行器Y向质心的测量吊梁中套筒、吊钩与吊带的连接示意图；

图3为本发明实施例一提供的飞行器Y向质心的测量吊梁中圆台、吊钩与吊带的连接示意图。

附图标记：

1-角度传感器；2-梁体；3-吊环；4-安装板；5-梁体起吊孔；6-吊带；7-通孔；8-套筒；9-圆台；10-吊钩；11-安装座；12-转轴；1A-第一前倾起吊孔；2A-第二前倾起吊孔；3A-第一后仰起吊孔；4A-第二后仰起吊孔；1B-第三前倾起吊孔；2B-第四前倾起吊孔；3B-第三后仰起吊孔；4B-第四后仰起吊孔。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选发明，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的发明一起用于阐释本发明的原理。

实施例一

本实施例提供了一种飞行器Y向质心的测量吊梁，参见图1，包括吊梁本体、设于吊梁本体上的角度传感器1(例如，数字化倾角仪)以及与角度传感器1连接的控制器(图中未示出)，角度传感器1的安装平面与飞行器的水平基准面平行。

质心测量时，飞行器被测量吊梁吊起，角度传感器1采集一次倾斜角度，由于角度传感器1的安装平面与飞行器的水平基准面平行，因此，角度传感器1采集的一次倾斜角度等于飞行器的一次倾斜角度，控制器获取一次倾斜角度；改变飞行器的吊装位置，角度传感器1采集二次倾斜角度，控制器获取二次倾斜角度；控制器根据一次倾斜角度和二次倾斜角度，计算得到飞行器的质心坐标。

需要说明的是，飞行器的质心测量涉及三个方向(X、Y和Z)，其中，对于飞行器的X向质心和Z向质心的测量实现过程较为简单，因此，本实施例提供的飞行器Y向质心的测量吊梁尤其适用于飞行器的Y向质心测量。

与现有技术相比，本实施例提供的飞行器Y向质心的测量吊梁，将角度传感器1设于吊梁本体上，角度传感器1的安装平面与飞行器的水平基准面平行，通过角度传感器1能够直接获得飞行器的倾斜角度，测量数据仅为一个，相比于测量两个基准点的距离和高度差三个数据，能够有效提高质心测量的精度和准确度；同时，相比于人工手动测量两个基准点的高度差，角度传感器1能够自动测量倾斜角度，能够进一步提高质心测量的精度和准确度。

此外，上述飞行器Y向质心的测量吊梁能够实现非接触测量，从而能够保证在Y向质心的测量过程中对飞行器的稳定性基本上没有任何影响。

对于吊梁本体的结构，具体来说，其包括梁体2、设于梁体2上端面的吊环3以及设于梁体2上的多个起吊孔，吊环3与其中一个起吊孔连接，角度传感器1设于梁体2的上端面。其中，梁体2为飞行器起吊过程中的主要承载结构，实施时，将飞行器置于梁体2的下端面，天车的吊钩10与吊环3连接，启动天车上升，天车依次通过吊环3和梁体2将飞行器倾斜吊起，角度传感器1采集的一次倾斜角度等于飞行器的一次倾斜角度；启动天车下降，将吊环3与另一个起吊孔连接，再次将飞行器倾斜吊起，角度传感器1采集二次倾斜角度，从而获得一次倾斜角度和二次倾斜角度。

为了便于角度传感器1的安装，上述梁体2上设有用于安装角度传感器1的安装板4。

值得注意的是，上述一次倾斜角和二次倾斜角需要分别对应飞行器的前倾姿态和后仰姿态，因此，上述起吊孔包括前倾起吊孔和后仰起吊孔，显然地，当吊环3与前倾起吊孔连接时，飞行器呈现前倾姿态，当吊环3与后仰起吊孔连接时，飞行器呈现后仰姿态。

相应地，每个起吊孔需要设置对应的角度传感器1，因此，上述角度传感器1包括与前倾起吊孔对应的前倾角度传感器1以及与后仰起吊孔对应的后仰角度传感器1，前倾角度传感器1设于梁体2的上端面且位于前倾起吊孔的正上方，后仰角度传感器1设于梁体2的上端面且位于后仰起吊孔的正上方。

为了能够使上述飞行器Y向质心的测量吊梁适用于飞行器的多种状态(例如，满载降落架收起状态、满载降落架放下状态、空载降落架收起状态和空载降落架放下状态等)，示例性地，上述前倾起吊孔的数量为多个，后仰起吊孔的数量为多个。

具体来说，定义满载降落架收起状态为第一状态，满载降落架放下状态为第二状态，空载降落架收起状态为第三状态，空载降落架放下状态为第四状态，沿飞行器的正航向，起吊孔分别为第一前倾起吊孔1A、第二前倾起吊孔2A、第一后仰起吊孔3A和第二后仰起吊孔4A，其中，第一前倾起吊孔1A和第二前倾起吊孔2A分别用于第一状态和第三状态飞行器的前倾起吊，第一后仰起吊孔3A和第二后仰起吊孔4A分别用于第一状态和第三状态飞行器的后仰起吊。沿飞行器的反航向，起吊孔分别为第三前倾起吊孔1B、第四前倾起吊孔2B、第三后仰起吊孔3B和第四后仰起吊孔4B，其中，第三前倾起吊孔1B和第四前倾起吊孔2B分别用于飞行器的前倾起吊，第三后仰起吊孔3B和第四后仰起吊孔4B分别用于飞行器的后仰起吊。

考虑到上述飞行器Y向质心的测量吊梁自身需要涉及到运输等问题，因此，上述起吊孔还包括梁体起吊孔5，梁体2在运输过程中，梁体2的下端面未连接飞行器，当吊环3与梁体起吊孔5连接时，梁体2与水平方向平行，从而能够实现梁体2的稳定运输。

值得注意的是，天车的吊钩10尺寸较大，吊钩10无法直接插入吊环3实现两者的连接，因此，上述吊梁本体还包括吊带6，天车的吊钩10通过吊带6与吊环3连接，吊带6的两端与天车的吊钩10连接，吊带6与部分吊钩10构成环形，吊环3挂设在环形的下端。

为了便于吊带6与天车的吊钩10的连接，吊带6的两端开设通孔7，天车的吊钩10穿过通孔7从而实现吊钩10与吊带6的连接。

考虑到在飞行器的吊起过程中会存在一定的晃动，容易导致吊带6扭转，进而导致飞行器旋转，无法稳定吊起，上述飞行器Y向质心的测量吊梁还包括设于吊带6两端之间的套筒8，套筒8套设于天车的吊钩10上，天车的吊钩10依次穿过吊带6的一端、套筒8以及吊带6的另一端，参见图2，通过套筒8将吊带6的一端和吊带6的另一端进行隔绝，从而限定吊带6两端的距离，避免吊带6的两端靠近，减少吊带6两端相互发生扭转的情况发生。

或者，为了减少吊带6两端相互发生扭转的情况发生，也可以采用如下方式，上述飞行器Y向质心的测量吊梁还包括设于吊带6两端之间的圆台9，圆台9的顶端套设于台车的吊钩10上，圆台9的顶端开设穿孔，天车的吊钩10依次穿过吊带6的一端、圆台9以及吊带6的另一端，圆台9的侧壁开设用于容纳部分吊带6的凹槽，参见图3。一方面，通过圆台9的顶端将吊带6的一端和吊带6的另一端进行隔绝，从而限定吊带6两端的距离，避免吊带6的两端靠近，减少吊带6两端相互发生扭转的情况发生；另一方面，由于沿圆台9的顶端至圆台9的底端，圆台9的截面直径逐渐增大，通过在圆台9的侧壁开设凹槽，将部分吊带6置于凹槽中，能够进一步扩大吊带6之间的距离，从而进一步减少吊带6两端相互发生扭转的情况发生。

需要说明的是，在实际应用中，对于飞行器的质心测量，不仅需要进行Y向质心测量，还需要进行Z向质心测量，因此，上述飞行器Y向质心的测量吊梁还包括扭转吊挂组件，当吊环3与扭转吊挂组件连接时，飞行器与水平方向平行，通过扭转吊挂组件驱动飞行器沿轴向扭转，进行Z向质心测量。

具体来说，扭转吊挂组件包括安装座11以及与安装座11转动连接的转轴12，转轴12的轴线沿梁体2的长度方向设置。

在扭转吊挂组件的安装时，为了使得扭转吊挂组件的安装位置能够保证飞行器与水平方向平行，上述飞行器Y向质心的测量吊梁还包括飞行器和测量吊梁组合体平衡起吊孔，扭转吊挂组件位于组合体平衡起吊孔的正上方，这样，在扭转吊挂组件的安装时，使得扭转吊挂组件的安装位置能够保证飞行器与水平方向平行。同时，当吊环3与组合体平衡起吊孔连接时，也能够用于飞行器和测量吊梁组合体的运输，保证飞行器和测量吊梁组合体的运输稳定性。

实施例二

本实施例还提供了一种飞行器Y向质心的测量方法，采用实施例一提供的飞行器Y向质心的测量吊梁，上述测量方法包括如下步骤：

飞行器被测量吊梁吊起，待飞行器稳定，角度传感器采集一次倾斜角度并传送至控制器；

改变飞行器的吊装位置，飞行器再次被测量吊梁吊起，待飞行器稳定，角度传感器采集二次倾斜角度并传送至控制器；

控制器根据一次倾斜角度和二次倾斜角度，计算得到飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标；

根据飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标、飞行器和测量吊梁组合体的重量、测量吊梁的Y向质心坐标以及测量吊梁的重量，计算得到飞行器的Y向质心坐标。

需要说明的是，从安全且精度可靠的角度考虑，上述一次倾斜角度和二次倾斜角度分别在15°～25°范围内。

与现有技术相比，本实施例提供的飞行器Y向质心的测量方法的有益效果与实施例一提供的飞行器Y向质心的测量吊梁的有益效果基本相同，再次不一一赘述。

具体来说，上述控制器根据一次倾斜角度和二次倾斜角度，计算得到飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标包括如下步骤：

建立定质心坐标系；

根据解析几何，建立飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心测量方程式如下：

式中：

X_∑、Y_∑为飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心在定质心坐标系中的X、Y坐标；

Xn、Yn为采集一次倾斜角度时起吊孔在定质心坐标系中的X、Y坐标；

Xm、Ym为采集二次倾斜角度时起吊孔在定质心坐标系中的X、Y坐标；

αn为一次倾斜角度；

αm为二次倾斜角度；

已知飞行器和测量吊梁组合体的重量和Y向质心以及测量吊梁的重量和Y向质心，根据下式，计算得到飞行器的Y向质心；

式中：

X_∑、Y_∑为飞行器和测量吊梁组合体在定质心坐标系中的X、Y坐标；

X_F、Y_F为飞行器在定质心坐标系中的X、Y坐标；

X_D、Y_D为测量吊梁在定质心坐标系中的X、Y坐标；

G_F为飞行器的重量；G_D为测量吊梁的重量。

需要说明的是，建立定质心坐标系，坐标原点O为飞行器最前端的点；X轴：飞行器纵向对称面与水平基准面的交叉线，指向飞行器尾部方向为正；Y轴：在飞行器纵向对称平面内，垂直于X轴，指向上方为正；Z轴：垂直于OXY平面，按右手系确定。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞行器Y向质心的测量吊梁，其特征在于，包括吊梁本体、设于吊梁本体上的角度传感器以及与角度传感器连接的控制器，所述角度传感器的安装平面与飞行器的水平基准面平行。

2.根据权利要求1所述的飞行器Y向质心的测量吊梁，其特征在于，所述吊梁本体包括梁体、设于梁体上端面的吊环以及设于梁体上的多个起吊孔，所述吊环与其中一个起吊孔连接，所述角度传感器设于梁体的上端面。

3.根据权利要求2所述的飞行器Y向质心的测量吊梁，其特征在于，所述梁体上设有用于安装角度传感器的安装板。

4.根据权利要求2所述的飞行器Y向质心的测量吊梁，其特征在于，所述起吊孔包括前倾起吊孔和后仰起吊孔；

所述吊环与前倾起吊孔连接，所述飞行器呈现前倾姿态；

所述吊环与后仰起吊孔连接，所述飞行器呈现后仰姿态。

5.根据权利要求4所述的飞行器Y向质心的测量吊梁，其特征在于，所述角度传感器包括与前倾起吊孔对应的前倾角度传感器以及与后仰起吊孔对应的后仰角度传感器。

6.根据权利要求4所述的飞行器Y向质心的测量吊梁，其特征在于，所述起吊孔还包括梁体起吊孔；

所述吊环与梁体起吊孔连接，所述梁体与水平方向平行。

7.根据权利要求4所述的飞行器Y向质心的测量吊梁，其特征在于，所述吊梁本体还包括吊带，天车的吊钩通过吊带与吊环连接。

8.一种飞行器Y向质心的测量方法，其特征在于，采用权利要求1至7所述的飞行器Y向质心的测量吊梁，所述测量方法包括如下步骤：

飞行器被测量吊梁吊起，待飞行器稳定，角度传感器采集一次倾斜角度并传送至控制器；

改变飞行器的吊装位置，飞行器再次被测量吊梁吊起，待飞行器稳定，角度传感器采集二次倾斜角度并传送至控制器；

控制器根据一次倾斜角度和二次倾斜角度，计算得到飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标；

根据飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标、飞行器和测量吊梁组合体的重量、测量吊梁的Y向质心坐标以及测量吊梁的重量，计算得到飞行器的Y向质心坐标。

9.根据权利要求8所述的飞行器Y向质心的测量方法，其特征在于，控制器根据一次倾斜角度和二次倾斜角度，计算得到飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心坐标，包括如下步骤：

建立定质心坐标系；

根据解析几何，建立飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心测量方程式如下：

式中：

X_∑、Y_∑为飞行器和测量吊梁组合体的Y向质心在定质心坐标系中的X、Y坐标；

Xn、Yn为采集一次倾斜角度时起吊孔在定质心坐标系中的X、Y坐标；

Xm、Ym为采集二次倾斜角度时起吊孔在定质心坐标系中的X、Y坐标；

αn为一次倾斜角度；αm为二次倾斜角度。

10.根据权利要求9所述的飞行器Y向质心的测量方法，其特征在于，根据下式计算得到飞行器的Y向质心；

式中：

X_∑、Y_∑为飞行器和测量吊梁组合体在定质心坐标系中的X、Y坐标；

X_F、Y_F为飞行器在定质心坐标系中的X、Y坐标；

X_D、Y_D为测量吊梁在定质心坐标系中的X、Y坐标；

G_F为飞行器的重量；G_D为测量吊梁的重量。

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