基于复合扭摆运动的飞行器转动惯量测量方法研究

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1、制缱技术碍究航天制造杖术基于复合扭摆运动的飞行器转动惯量测量方法研究张晓琳1张烈山1姜广利2(1．哈尔滨工业大学，哈尔滨150001；▲▲汪燕萍2王超1唐文彦12．首都航天机械公司，北京100076)摘要：为满足某型号大尺寸飞行器航向转动惯量测量的实际需求，提出了一种基于复合扭摆运动的飞行器转动惯量测量方法。解算7复合扭摆运动微分方程，给出7存在质心偏距和初始偏角情况下的扭摆曲线，为复合扭摆法测产品转动惯量的误差补偿提供了理论依据。分析表明，基于复合扭摆运动的转动惯量测试方法具有一定的工程应用价值。关键词：转

2、动惯量；复合扭摆；飞行器ResearchonMeasuringMethodsforAircraft’SMomentofInertiabasedonCompositeTorsionPendulumMovementZhangXiaolinlZhangLieshanlJiangGuangli2WangYanpin92WangCha01TangWenyan(1．HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001；2CapitalAerospaceMachineryCompany,Beij

3、ing100076)Abstract：InordertosarisfytheneedformeasuringthemomentinertiaofCOUrsCdirctionforlargedimensionaircrafts．amethodformeasuringthemomentofinertiabasedonthecompositetorsionpendulummovementwasputfolavard．Thenurnericalsolutionsfordifierentialequationsandt

4、hependulumcnrveswereobtainedwhencentroiddepartureandinitialdepartureangleexist，whichcanserveasthetheoreticalbasisforcompensationofmeasurementerrors．Analysisshowsthatthismethodformeasuringthemomentofinertiahascertainengineeringapplicationvalue．Keywords：momen

5、tofinertia；compositetorsionpendulummovement；aircraft1引言航天飞行器的转动惯量测量具有重要的意义，为其飞行姿态、速度、加速度等参数的分析提供r，依据⋯。转动惯量的测量方法很多，其中扭杆扭摆法适合于航天飞行器这类的大型被测物体。因该方法测量准确度高口】．被广泛运用在各类航天飞行器质量特性参数的测试中。例如，美国SpaceEletronics公司的KSR系列质量特性测试设备便采用扭杆扭摆法测量产品的质量特性参数，其转动惯量测量精度可达。川％吼目前，国内外的转动惯

6、量测量台均采用竖直回转轴，其运动方程可得解析解，可建立准确的扭摆运动数学模型【4～I。但对于某些异形大尺寸飞行器，其外形几何尺寸、质量分布以及吊装方法和测量条件的限制往往要求，在测量航向转动惯量时，回转轴线呈水平或者与水平面成一定角度，不能采用竖直回转轴。在这种情况下，被测产品的运动不再是单纯的扭摆运动，而是扭杆扭摆运动与重力矩产生的单摆运动的合成，本文将这种运动定义为复合扭摆运动。本文分析质量偏心产生的偏心距以及初始偏角对复合扭摆的运动周期产生的影响．通过分析复合扭摆运动的微分方程，得到复合扭摆运动的扭摆曲

7、线。提出了基于复合扭摆运动的转动惯量测量方法，通过限制偏心距和初始偏角的大小，可以将复合扭摆法运用到大尺寸飞行器转动惯量的测量中。2复合扭摆运动数学模型分析作者简舟：张晓琳(1976一)，博十．仪器科学与技术专业；研究方向：飞行器质量特性测试技术、空巾探测水下口标的信息感知技术。收稿【J期：201I一10-2519羽《技术研霓2011年12月第6期复合扭摆运动是单摆运动和扭杆扭摆运动的合运动，描述单摆运动的微分方程通常难以用解析法求解，对于复合扭摆运动亦如此，可以利用数值迭代方法解算这类微分方程。21复合扭摆

8、运动微分方程分析水平回转轴复合扭摆运动示意图如图1所示。假定质心位于回转轴线的竖直正下方，当给定一个初始转角口后．扭杆对待测物产生恢复力矩。除了扭杆的恢复力矩外，由于待测件质量不均匀，且安装时易产生质心偏差，会对待测物体产生重力矩的作用。定义如图1所示的坐标系，且规定转角到平衡位置方向为顺时针时取负，逆时针取正。图1水平回转轴复合扭摆法示意图系统的总力矩M可以表示为：M=-kO—c∞一Grsin0。