CN114216611A - 一种飞行器纵轴重心测量装置与测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞行器纵轴重心测量装置与测量方法，在支板侧面两次安装固定飞行器，通过两次测力，利用力矩平衡原理，实现了飞行器纵轴方向的重心测量，无需安装多个传感器，操作、观察和数据处理方便，成本低；采用两个结构完全相同的安装板和四个结构完全相同的支杆，在不分离飞行器与安装板一、不拆解测量装置组合结构的情况下，实现了飞行器纵轴方向的重心测量；在两次力矩平衡过程中，虽然引入了测量装置的重力和重心距离，但由于安装板和支杆组合后形成对称结构，将两次力矩平衡过程中测量装置的重力和重心距离作用效果抵消，在无需测得测量装置的重量和重心的情况下，实现了飞行器纵轴方向的重心测量。
Description
技术领域
本发明属于重心测量技术领域，具体涉及一种飞行器纵轴重心测量装置与测量方法。
背景技术
在飞行器研制过程中，重心是一项非常重要的技术指标，对于长径比大的飞行器，一般通过总体结构设计，可以保证飞行器的横轴和竖轴方向的重心在飞行器中心轴线附近，而飞行器的纵轴方向的重心需要在飞行器总装后进行实际测量，甚至需要通过配重结构调整纵轴重心位置。现有重心测量方法多数利用多点称重原理，需要在被测物不同部位安装多个传感器同时测量，并对多个传感器测量数据进行综合处理后才能计算出重心，测量过程复杂，成本高，测量数据量大，计算过程繁琐，甚至需要配备专用处理数据计算机或处理器。而采用力矩平衡原理的一些现有专利也存在缺点，有的重心测量时在力矩平衡分析中忽略了摩擦力矩，造成测量误差很大；飞行器为减小气动阻力和提高升力，沿飞行器纵轴方向一般是不对称的，而有的重心测量装置和方法只适用于对称结构体，无法满足飞行器纵轴方向上的重心测量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种飞行器纵轴重心测量装置与测量方法，运用力矩平衡原理，无需安装多个传感器，操作、观察和数据处理方便，成本低，测量精度高。
一种弹体重心测量装置，包括测量装置、基座(1)、轴承(2)、转轴(3)、支板(4)、平衡体(5)和拉绳(6)；其中，基座(1)固定在地面上，基座(1)与转轴(3)通过轴承(2)连接，转轴(3)的回转中心线与水平面平行，支板(4)与转轴(3)固定，支板(4)的左侧面用于安装测量装置，支板(4)的左侧面与支板(4)上表面垂直，支板(4)的左侧面与转轴(3)的回转中心线平行，平衡体(5)安装在支板(4)的右侧，平衡体(5)可以在支板(4)右侧滑动；拉绳(6)与支板(4)固定，拉绳(6)固定点和支板(4)上表面的距离等于转轴(3)回转中心线和支板(4)上表面的距离；
所述测量装置包括安装板一(11)、安装板二(12)以及4个支杆(13)其中，安装板一(11)和安装板二(12)为相同材料加工的完全相同的板形结构件，4个支杆(13)为采用相同材料加工的完全相同的实心杆形结构件；4个支杆(13)两端分别连接在安装板一(11)和安装板二(12)上，组成框架式的轴对称结构，对称轴为安装板一(11)和安装板二(12)板面中心连线。
较佳的，4个支杆(13)连接在安装板一(11)和安装板二(12)的的四个角上，四个角上有与4个支杆(13)的安装接口；每个支杆(13)两侧有与安装板一(11)和安装板二(12)的安装接口，安装板一(11)、安装板二(12)和4个支杆(13)通过标准件连接。
较佳的，安装板一(11)和安装板二(12)的中心区域有与飞行器(9)的安装接口，
进一步的，还包括电子测力计(7)，电子测力计(7)与拉绳(6)的自由端连接。
进一步的，还包括水准仪(8)，水准仪(8)，放置在支板(4)的右侧端面上；水准仪(8)的水准轴与转轴(3)的回转中心线垂直，水准仪(8)的水准轴与支板(4)上表面平行。
一种弹体重心测量装置的测量方法，包括如下步骤：
步骤1、不安装飞行器(9)和测量装置，拉绳(6)不拉紧或不安装电子测力计(7)，沿远离转轴(3)的回转中心线方向向右滑动平衡体(5)，至水准仪(8)水平，锁紧平衡体(5)；
步骤2、拉绳(6)固定点和转轴(3)回转中心线距离记为L1，支板(4)的左侧面和转轴(3)回转中心线距离记为L2；先将飞行器(9)安装固定在测量装置内，安装时保证飞行器(9)的后端面紧贴安装板一(11)的内侧板面；再将测量装置固定安装在支板(4)的左侧面，安装时保证测量装置的安装板一(11)的外侧板面与支板(4)的左侧面靠紧，其中飞行器(9)的重力为G1，测量装置的重力为G2，将飞行器(9)的纵轴方向重心(10)到测量装置的安装板一(11)的内侧板面距离记为A，将测量装置的纵轴方向重心(14)到测量装置的安装板一(11)的内侧板面的距离记为B，测量装置的安装板一(11)的板面厚度记为L3；
步骤3、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F1，记转动的最大静摩擦力矩为M；
步骤4、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F1·L1)-G1·(L2+L3+A)-G2·(L2+L3+B)-M＝0 (1)
步骤5、保持飞行器(9)安装固定在测量装置的安装板一(11)上，测量装置从支板(4)的左侧面拆下，将测量装置的对称轴翻转180度，安装板二(12)的外侧面紧贴支板(4)的左侧面固定，则将测量装置重新安装到支板(4)左侧；其中，将测量装置的支杆(13)的长度记为L4，测量装置的安装板二(12)的厚度记为L5；
步骤6、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F2，此时转动的最大静摩擦力矩为M；
步骤7、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F2·L1)-G1·(L2+L5+L4-A)-G2·(L2+L5+L4-B)-M＝0 (2)
步骤8、令：
L3＝L5 (3)
步骤9、把B表示为：
B＝0.5·L4 (4)
步骤10、解方程式(1)、(2)、(3)、(4)组合，计算出飞行器(9)的纵轴方向重心(10)到测量装置的安装板一(11)的内侧板面距离为：
A＝0.5·L4+0.5·(F1-F2)·L1/G1。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过巧妙设计的测量装置，在支板侧面两次安装固定飞行器，通过两次测力，利用力矩平衡原理，实现了飞行器纵轴方向的重心测量，无需安装多个传感器，操作、观察和数据处理方便，成本低；
本发明测量时在力矩平衡分析中考虑了摩擦力矩，采用电子测力计测量拉力，有效提高了测量精度；
测量装置巧妙的采用两个结构完全相同的安装板和四个结构完全相同的支杆，在不分离飞行器与安装板一、不拆解测量装置组合结构的情况下，实现了飞行器纵轴方向的重心测量。测量装置巧妙的采用两个结构完全相同的安装板和四个结构完全相同的支杆，在两次力矩平衡过程中，虽然引入了测量装置的重力和重心距离，但由于安装板和支杆组合后形成对称结构，将两次力矩平衡过程中测量装置的重力和重心距离作用效果抵消，在无需测得测量装置的重量和重心的情况下，实现了飞行器纵轴方向的重心测量。
测量装置巧妙的采用两个结构完全相同的安装板和四个结构完全相同的支杆，在两次力矩平衡过程中，虽然由于引入了测量装置使飞行器重心距离增加了两个安装板的前、后端面距离，但由于安装板和支杆组合后形成对称结构，将飞行器的重力与两个安装板的前、后端面距离作用效果抵消，在无需测得测量装置的两个安装板的前、后端面距离的情况下，实现了飞行器纵轴方向的重心测量。
附图说明
图1为本发明测量平台示意图。
图2为本发明安装测量装置和飞行器后第一次测量示意图。
图3为本发明安装测量装置和飞行器后第二次测量示意图。
其中，1-基座，2-轴承，3-转轴，4-支板，5-平衡体，6-拉绳，7-电子测力计，8-水准仪，9-飞行器，10-飞行器重心，11-安装板一，12-安装板二，13-支杆，14-测量装置重心。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供一种高精度弹体重心测量方法，包括如下步骤：
步骤0、搭建测量平台：如图1所示，所述测量平台包括基座1、轴承2、转轴3、支板4、平衡体5、拉绳6、电子测力计7、水准仪8，其中，基座1固定在地面上，基座1与转轴3通过轴承2连接，转轴3的回转中心线与水平面平行，支板4与转轴3固定，支板4的左侧面可以安装测量装置，支板4的左侧面与支板4上表面垂直，支板4的左侧面与转轴3的回转中心线平行，支板4的左侧面和转轴3回转中心线距离记为L2，水准仪8、平衡体5安装在支板4的右侧，水准仪8的水准轴与转轴3的回转中心线垂直，水准仪8的水准轴与支板4上表面平行，平衡体5可以在支板4右侧滑动和锁紧，拉绳6与支板4固定，拉绳6固定点和支板4上表面的距离等于转轴3回转中心线和支板4上表面的距离，拉绳6固定点和转轴3回转中心线距离记为L1，电子测力计7与拉绳6连接；
本发明提供一种飞行器纵轴重心测量装置，如图2、图3所示，包括安装板一11、安装板二12、4个支杆13和连接标准件，其中，安装板一11和安装板二12为相同材料加工的完全相同的板形结构件，4个支杆13为采用相同材料加工的完全相同的实心杆形结构件；4个支杆13两端分别连接在安装板一11和安装板二12上，组成框架式的轴对称结构，对称轴为安装板一11和安装板二12板面中心连线。4个支杆13连接在安装板一11和安装板二12的的四个角上，四个角上有与4个支杆13的安装接口；安装板一11和安装板二12的中心区域有与飞行器9的安装接口，每个支杆13两侧有与安装板一11和安装板二12的安装接口，安装板一11、安装板二12和4个支杆13通过标准件连接。
步骤1、不安装飞行器9和测量装置，拉绳6不拉紧或不安装电子测力计7，沿远离转轴3的回转中心线方向向右滑动平衡体5，至水准仪8水平，锁紧平衡体5；
步骤2、如图2所示，先将飞行器9安装固定在测量装置内，安装时保证飞行器9的后端面紧贴安装板一11的内侧板面；再将测量装置固定安装在支板4的左侧面，安装时保证测量装置的安装板一11的外侧板面与支板4的左侧面靠紧，其中飞行器9的重力为G1，测量装置的重力为G2，将飞行器9的纵轴方向重心10到测量装置的安装板一11的内侧板面距离记为A，将测量装置的纵轴方向重心14到测量装置的安装板一11的内侧板面的距离记为B，测量装置的安装板一11的板面厚度记为L3；
步骤3、通过电子测力计7沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪8水平，记录此时电子测力计7示数，记为F1，记转动的最大静摩擦力矩为M；
步骤4、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F1·L1)-G1·(L2+L3+A)-G2·(L2+L3+B)-M＝0 (1)
步骤5、如图3所示，保持飞行器9安装固定在测量装置的安装板一11上，测量装置从支板4的左侧面拆下，将测量装置的对称轴翻转180度，安装板二12的外侧面紧贴支板4的左侧面固定，则将测量装置重新安装到支板4左侧。其中，将测量装置的支杆13的长度记为L4，测量装置的安装板二12的厚度记为L5；
步骤6、通过电子测力计7沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪8水平，记录此时电子测力计7示数，记为F2，此时转动的最大静摩擦力矩为M；
步骤7、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F2·L1)-G1·(L2+L5+L4-A)-G2·(L2+L5+L4-B)-M＝0 (2)
步骤8、根据飞行器纵轴重心测量装置的结构特性，可以看出测量装置的安装板一11和安装板二12的厚度相等，即
L3＝L5(3)
步骤9、由于测量装置的纵轴方向重心14到测量装置的安装板一11和安装板一12的内侧板面距离相等,均为测量装置的支杆13长度的一半，则把B表示为：
B＝0.5·L4(4)
步骤10、解方程式(1)、(2)、(3)、(4)组合，计算出飞行器9的纵轴方向重心10到测量装置的安装板一11的内侧板面距离为：
A＝0.5·L4+0.5·(F1-F2)·L1/G1。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种弹体重心测量装置，其特征在于，包括测量装置、基座(1)、轴承(2)、转轴(3)、支板(4)、平衡体(5)和拉绳(6)；其中，基座(1)固定在地面上，基座(1)与转轴(3)通过轴承(2)连接，转轴(3)的回转中心线与水平面平行，支板(4)与转轴(3)固定，支板(4)的左侧面用于安装测量装置，支板(4)的左侧面与支板(4)上表面垂直，支板(4)的左侧面与转轴(3)的回转中心线平行，平衡体(5)安装在支板(4)的右侧，平衡体(5)可以在支板(4)右侧滑动；拉绳(6)与支板(4)固定，拉绳(6)固定点和支板(4)上表面的距离等于转轴(3)回转中心线和支板(4)上表面的距离；
所述测量装置包括安装板一(11)、安装板二(12)以及4个支杆(13)其中，安装板一(11)和安装板二(12)为相同材料加工的完全相同的板形结构件，4个支杆(13)为采用相同材料加工的完全相同的实心杆形结构件；4个支杆(13)两端分别连接在安装板一(11)和安装板二(12)上，组成框架式的轴对称结构，对称轴为安装板一(11)和安装板二(12)板面中心连线。
2.如权利要求1所述的一种弹体重心测量装置，其特征在于，4个支杆(13)连接在安装板一(11)和安装板二(12)的的四个角上，四个角上有与4个支杆(13)的安装接口；每个支杆(13)两侧有与安装板一(11)和安装板二(12)的安装接口，安装板一(11)、安装板二(12)和4个支杆(13)通过标准件连接。
3.如权利要求2所述的一种弹体重心测量装置，其特征在于，安装板一(11)和安装板二(12)的中心区域有与飞行器(9)的安装接口。
4.如权利要求1所述的一种弹体重心测量装置，其特征在于，还包括电子测力计(7)，电子测力计(7)与拉绳(6)的自由端连接。
5.如权利要求4所述的一种弹体重心测量装置，其特征在于，还包括水准仪(8)，水准仪(8)，放置在支板(4)的右侧端面上；水准仪(8)的水准轴与转轴(3)的回转中心线垂直，水准仪(8)的水准轴与支板(4)上表面平行。
6.一种基于权利要求5所述的弹体重心测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、不安装飞行器(9)和测量装置，拉绳(6)不拉紧或不安装电子测力计(7)，沿远离转轴(3)的回转中心线方向向右滑动平衡体(5)，至水准仪(8)水平，锁紧平衡体(5)；
步骤2、拉绳(6)固定点和转轴(3)回转中心线距离记为L1，支板(4)的左侧面和转轴(3)回转中心线距离记为L2；先将飞行器(9)安装固定在测量装置内，安装时保证飞行器(9)的后端面紧贴安装板一(11)的内侧板面；再将测量装置固定安装在支板(4)的左侧面，安装时保证测量装置的安装板一(11)的外侧板面与支板(4)的左侧面靠紧，其中飞行器(9)的重力为G1，测量装置的重力为G2，将飞行器(9)的纵轴方向重心(10)到测量装置的安装板一(11)的内侧板面距离记为A，将测量装置的纵轴方向重心(14)到测量装置的安装板一(11)的内侧板面的距离记为B，测量装置的安装板一(11)的板面厚度记为L3；
步骤3、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F1，记转动的最大静摩擦力矩为M；
步骤4、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F1·L1)-G1·(L2+L3+A)-G2·(L2+L3+B)-M＝0 (1)
步骤5、保持飞行器(9)安装固定在测量装置的安装板一(11)上，测量装置从支板(4)的左侧面拆下，将测量装置的对称轴翻转180度，安装板二(12)的外侧面紧贴支板(4)的左侧面固定，则将测量装置重新安装到支板(4)左侧；其中，将测量装置的支杆(13)的长度记为L4，测量装置的安装板二(12)的厚度记为L5；
步骤6、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F2，此时转动的最大静摩擦力矩为M；
步骤7、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F2·L1)-G1·(L2+L5+L4-A)-G2·(L2+L5+L4-B)-M＝0 (2)
步骤8、令：
L3＝L5 (3)
步骤9、把B表示为：
B＝0.5·L4 (4)
步骤10、解方程式(1)、(2)、(3)、(4)组合，计算出飞行器(9)的纵轴方向重心(10)到测量装置的安装板一(11)的内侧板面距离为：
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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