一种高效的飞机质量特性测量方法技术

本发明专利技术公开了一种高效的飞机质量特性测量方法，包括质心测量方法除采用三点法确定平面质心外，高度质心采用无人机相对地面倾斜一定角度的测量方案，经过后期的计算分析得到，并采用基于添加弹性元件的自由衰减振动法实现带翼无人机的转动惯量测量。

【技术实现步骤摘要】
一种高效的飞机质量特性测量方法
本专利技术涉及质量特性测量
，具体是一种高效的飞机质量特性测量方法。
技术介绍
物体的质量特性测量项目包括质量、质心和转动惯量等。质量特性测量为物体的飞行姿态调整和飞行轨迹的理论计算提供了重要的基础理论参数，在航空航天、武器系统、精密仪器、工业机械等领域，这些参数必须被准确测量。但是在不同的应用领域，质量特性参数测量的侧重点各有不同。在航空航天领域，需要测量全部的质量特性参数，这样，产品质量才能得到全面的评价。测量大型试件的转动惯量主要采用复摆法、扭摆法和三线摆法等方法，3种方法的共同点是对被测物体施加外力,使其偏离平衡位置后撤除外力，通过测量自由摆动周期来算出被测物体对于回转轴的转动惯量。目前精度最高、最常用的是扭摆法，摩擦阻力和空气阻力是误差的主要来源。但是以上测量方法对被测试件的尺寸和重量都有一定的限制。测量方法还需要对被测试件进行旋转，需被测试件可提供接口用于相应配套工装设计。这导致采用复摆法和扭摆法需要构建结构庞大的测量装置，成本高，周期长，安装及实验操作的要求也高，而且还需要测量实验装置本身的转动惯量，增大了测量误差。大型复杂结构物体是指普遍存在于航空航天和武器领域的一些产品，如具有翼、舵或者太阳能电池帆板的大型带翼飞机、洲际导弹、火箭弹、卫星等，这些被测件的外表面不是圆柱面，且往往具有大尺寸、大长径比和质量大等特点，测量横偏量时，实现旋转存在困难。测量时的多次装卡，容易引起定位误差且降低测量效率。因此，需要研制一种新的测量横偏量和转动惯量的方法和装置，使得横偏量的测量过程更简单，在测量转动惯量时，装置本身的结构特点就可以减小被测件测量过程中所受的空气阻尼，无需采用复杂的误差补偿算法，并可减少装卡次数，提高集成化程度，使测量结果控制在规定的误差范围内。所以传统方法对于大型带翼无人机的研制需要的质量特性测量并不适用。而且为了控制小型无人机的研制成本和缩短研制周期，有必要设计一种简单有效的质量特性测量方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效的飞机质量特性测量方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高效的飞机质量特性测量方法，包括以下步骤：步骤1，测量质心坐标：1)将无人机机身调整到机身的xz坐标平面平行于地面的状态；2)在前后起落架上布置三个承重传感器，测量承重传感器的输出和承重传感器的空间坐标，基于三点法测量无人机质心xz坐标，3)降低或提高后起落架高度，z轴与地面平行；在前后起落架布置三个承重传感器，测量承重传感器的输出和承重传感器的xz空间坐标及飞机的x轴与地面夹角，得到y轴质心坐标；再利用三角函数关系计算出质心的高度坐标；步骤2、测量转动惯量，包括以下步骤：1)对弹性元件进行刚度标定；2)安装倾角传感器和加速度传感器；3)将无人机调整到机身的的xz坐标平面平行于地面；4)在后起落架处安装俯仰自由度定轴旋转工装，在前起落架安装弹性元件，然后基于弹簧单摆自由衰减振动法，得到被测体绕其质心的转动惯量；5)测量弹簧元件和定轴旋转工装旋转轴的空间位置坐标；6)等系统稳定静止不动后，通过施加初始位移或是人工定频激振后，记录系统的自由衰减振动信号；7)更换弹簧元件，重复步骤5)；8)假设边界刚度为K0，通过两组弹簧元件测量结果，建立两组方程，根据已知的弹簧元件刚度K1和K2，求得K0，然后得到系统的等效刚度系数K；9)读取振动周期代入公式计算得到俯仰转动惯量测量结果，然后通过平行轴移轴定理，得到绕质心转动惯量测量结果；10)将后起落架处的俯仰方向定轴旋转工装调整为滚转定轴旋转工装；11)在前起落架安装滚转状态弹性元件，并测量弹簧元件和定轴旋转工装旋转轴的空间位置坐标，等系统稳定静止不动后，通过施加初始位移或是人工定频激振后，记录系统的自由衰减振动信号；12)更换弹簧元件，重复步骤5)；13)假设边界刚度为K0，通过两组弹簧元件测量结果，建立两组方程，根据已知的弹簧元件刚度K1和K2，求得K0，然后得到系统的等效刚度系数K；14)通过读取振动周期代入公式计算得到滚转自由度转动惯量测量结果，然后通过平行轴移轴定理，得到绕质心转动惯量测量结果；15)将后起落架处的滚转自由度定轴旋转工装调整为定轴偏航旋转工装，利用吊钩和钢丝绳将前起落架吊起一定高度；16)在前起落架的质心高度安装偏航状态弹性元件，测量弹簧元件和定轴偏航旋转工装旋转轴的空间位置坐标；等系统稳定静止不动后，通过施加初始位移或是人工定频激振后，记录系统的自由衰减振动信号，通过读取振动周期代入公式计算得到滚转自由度转动惯量测量结果，然后通过平行轴移轴定理，得到绕质心转动惯量测量结果。步骤1中，三点法测量试验件的质心的方法为在一个平面内选取三个测量点并记录三个测量点的坐标位置，在三个测量点布置称重传感器，用称重传感器悬吊起工装和试验件，得到三个测量点的称重传感器的读数，计算试验件的质量和质心位置。作为本专利技术进一步的方案：计算试验件的质量和质心位置的公式为：作为本专利技术进一步的方案：步骤1中降低或提高后起落架高度，使飞机的x轴与地面夹角为10度。作为本专利技术进一步的方案：步骤2中自由衰减振动法测量绕转动惯量的方法为：建立微幅振动条件下的振动微分方程，可得到系统的振动周期为：通过振动周期T，计算被测体的转动惯量，根据平行移轴定理，可计算出被测体绕其质心的转动惯量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术对于测试精度要求不高的状态，可实现大型固定翼飞机质心测量和三轴转动惯量测量，本方法降低了工装设计的难度；本专利技术同时考虑试验边界的影响，通过组合测量将试验边界的影响进行了修正，进一步提高了方法的适应性，解决了大型固定翼飞机没有安装翻转工装的接口，传统的复摆法、扭摆法和三线摆法等方法不适用的问题，所以该方法可推广应用于大型复杂结构的质量特性测量。附图说明图1为本专利技术中机身倾斜状态时质心测量的主视结构示意图。图2为本专利技术中机身水平状态时质心测量的主视结构示意图。图3为本专利技术中机身水平状态俯仰转动测转动惯量的主视结构示意图。图4为图3的侧视结构示意图。图5为本专利技术中机身水平状态滚转转动测转动惯量的主视结构示意图。图6为图5的侧视结构示意图。图7为本专利技术中机身水平状态偏航转动测转动惯量的主视结构示意图。图8为图7的侧视结构示意图。图9为本专利技术中三点法测量质量和质心位置的原理示意图。图10为本专利技术中水平质心测量的原理示意图。图11为本专利技术中倾斜质心测量的原理示意图。图12为本专利技术中弹簧单摆自由衰减减振法的原理示意图。其中，1-飞机机身；2-飞机发动机；3-飞机螺旋桨；4-飞机尾翼；5-飞机前起落架；6-飞机后起落架；7-钢丝绳；8-吊车吊钩；9-倾斜状态后支撑底座工装；10-承重传感器；11-后支撑工装；12-地面；13-水平状态后支撑底座工装；14-机翼下；15-机翼上；16-弹簧；17-定轴旋转工装俯仰状态；18-定轴旋转工装滚转状态；19-定轴旋转工装偏航状态；20-偏航弹性元件固定端。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效的飞机质量特性测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，测量质心坐标：1)将无人机机身调整到机身的xz坐标平面平行于地面的状态；2)在前后起落架上布置三个承重传感器，测量承重传感器的输出和承重传感器的空间坐标，基于三点法测量无人机质心xz坐标，3)降低或提高后起落架高度，z轴与地面平行；在前后起落架布置三个承重传感器，测量承重传感器的输出和承重传感器的xz空间坐标及飞机的x轴与地面夹角，得到y轴质心坐标；再利用三角函数关系计算出质心的高度坐标；步骤2、测量转动惯量，包括以下步骤：1)对弹性元件进行刚度标定；2)安装倾角传感器和加速度传感器；3)将无人机调整到机身的的xz坐标平面平行于地面；4)在后起落架处安装俯仰自由度定轴旋转工装，在前起落架安装弹性元件，然后基于弹簧单摆自由衰减振动法，得到被测体绕其质心的转动惯量；5)测量弹簧元件和定轴旋转工装旋转轴的空间位置坐标；6)等系统稳定静止不动后，通过施加初始位移或是人工定频激振后，记录系统的自由衰减振动信号；7)更换弹簧元件，重复步骤5)；8)假设边界刚度为K0，通过两组弹簧元件测量结果，建立两组方程，根据已知的弹簧元件刚度K1和K2，求得K0，然后得到系统的等效刚度系数K；9)读取振动周期代入公式...

【技术特征摘要】
1.一种高效的飞机质量特性测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，测量质心坐标：1)将无人机机身调整到机身的xz坐标平面平行于地面的状态；2)在前后起落架上布置三个承重传感器，测量承重传感器的输出和承重传感器的空间坐标，基于三点法测量无人机质心xz坐标，3)降低或提高后起落架高度，z轴与地面平行；在前后起落架布置三个承重传感器，测量承重传感器的输出和承重传感器的xz空间坐标及飞机的x轴与地面夹角，得到y轴质心坐标；再利用三角函数关系计算出质心的高度坐标；步骤2、测量转动惯量，包括以下步骤：1)对弹性元件进行刚度标定；2)安装倾角传感器和加速度传感器；3)将无人机调整到机身的的xz坐标平面平行于地面；4)在后起落架处安装俯仰自由度定轴旋转工装，在前起落架安装弹性元件，然后基于弹簧单摆自由衰减振动法，得到被测体绕其质心的转动惯量；5)测量弹簧元件和定轴旋转工装旋转轴的空间位置坐标；6)等系统稳定静止不动后，通过施加初始位移或是人工定频激振后，记录系统的自由衰减振动信号；7)更换弹簧元件，重复步骤5)；8)假设边界刚度为K0，通过两组弹簧元件测量结果，建立两组方程，根据已知的弹簧元件刚度K1和K2，求得K0，然后得到系统的等效刚度系数K；9)读取振动周期代入公式计算得到俯仰转动惯量测量结果，然后通过平行轴移轴定理，得到绕质心转动惯量测量结果；10)将后起落架处的俯仰方向定轴旋转工装调整为滚转定轴旋转工装；11)在前起落架安装滚转状态弹性元件，并测量弹簧元件和定轴旋转工装旋转轴的空间位置坐标，等系统稳定静止不动后，通过施加初始位移或是人工定频激振后，记录系统的自由衰减振动信号；12)更换弹簧元件，重复步骤5)；13)假...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永亮，李宝海，陶军，王鹏辉，于瑾，崔洪伟，韦冰峰，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11