质量质心及转动惯量一体化测试系统设计

发布时间：2017-05-12 08:03

  本文关键词：质量质心及转动惯量一体化测试系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代飞行器，质心及转动惯量等参数的精度直接影响到飞行器的轨道和姿态控制的准确性，然而现代飞行器性能优异，结构通常也极其复杂，单独采用理论计算的方法很难准确的获得其质心及转动惯量。目前获得质心和转动惯量主要依靠的是实验法，即采用仪器对质心或转动惯量进行实际测量。绝大多数情况下，质心和转动惯量的测量是分时和分设备的，这样会很大程度的增加工作量，并且很有可能引入额外的测量误差。针对这一情况，本文提出一种新型的基于止推气浮轴承和圆柱气浮轴承的质心及转动惯量测量一体化系统来解决这一问题。 本文从系统总体方案出发，首先设计了系统的基本硬件组成和软件组成。硬件组成主要包括测试台的机械结构几个部分对应的功能，软件组成主要是讨论了软件的实现技术及基本功能。以总体方案为基础，分析系统的基本测量原理，，设计测试台的四个基本工位，以及基于基本工位的系统测量流程。 气浮轴承是本测量系统的核心部件，所以它的结构和参数设计至关重要。本文主要以气浮轴承的承载能力和气膜刚度作为设计标准，对其进行设计。不同于常规的气浮轴承，本系统的气浮轴承采用一体化式设计，即止推轴承和圆柱轴承合二为一，这样就不能采用常规的方法对其承载能力进行粗估计。解决办法是将气膜分块计算，然后利用流域划分，将二维流动化为一维流动，得到压强分布公式，最后用数值解法获得轴承的承载能力和气膜刚度。 除气浮轴承外，本文还对系统的其它结构进行了设计和分析，主要包括总体结构分析、支持台板的设计和分析、滚环工装的设计分析、升降—支撑系统设计分析、水平扭摆系统设计分析、垂直扭摆系统设计分析以及标准样棒设计分析。 最后对系统误差进行分析，主要包括质量测量误差、质心测量误差和转动惯量测量误差。
【关键词】：质心 转动惯量 气浮轴承 多点称重法 扭摆法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V448;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10
• 1.2 质量、质心测量的国内外研究现状10-12
• 1.2.1 多点称重法10-11
• 1.2.2 非平衡力矩法11-12
• 1.3 转动惯量测量的国内外研究现状12-15
• 1.3.1 扭摆法12-13
• 1.3.2 落体法13-14
• 1.3.3 三线摆法14
• 1.3.4 复摆法14-15
• 1.4 课题主要研究内容15-16
• 第2章 系统总体设计16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 系统总体组成16-18
• 2.3 硬件部分18-19
• 2.4 软件部分19-21
• 2.5 测量原理分析21-24
• 2.5.1 质心测量原理分析21-23
• 2.5.2 转动惯量测量原理分析23-24
• 2.6 测量流程设计24-30
• 2.6.1 平台工作位置设计24-26
• 2.6.2 质量质心测量流程26-28
• 3.4.3 转动惯量测量流程28-30
• 2.7 本章小结30-32
• 第3章 气浮轴承设计32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 气浮轴承基本计算方法32-39
• 3.3 气浮轴承参数设计39-44
• 3.4 气浮轴承结构设计44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 测试台结构分析47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 总体结构分析47-49
• 4.3 支撑台板的设计分析49-53
• 4.3.1 支撑台板总体要求49
• 4.3.2 支撑台板应力分析49-52
• 4.3.3 支撑台板质量特性分析52-53
• 4.4 滚环工装的设计分析53-55
• 4.5 升降—支撑系统设计分析55-56
• 4.6 水平扭摆系统设计分析56-58
• 4.7 垂直扭摆系统设计分析58-59
• 4.8 标准样棒设计分析59-60
• 4.9 本章小结60-61
• 第5章 系统误差分析61-68
• 5.1 引言61
• 5.2 质量测量误差分析61-62
• 5.3 质心测量误差分析62-64
• 5.3.1 质量测量对质心测量的影响62-63
• 5.3.2 传感器位置误差对质心测量的影响63-64
• 5.3.3 合成误差64
• 5.4 转动惯量测量误差分析64-67
• 5.4.1 周期测量引起误差64
• 5.4.2 阻尼引起误差64-65
• 5.4.3 被测物轴线偏移引起误差65-66
• 5.4.4 被测物轴线转角引起误差66
• 5.4.5 合成误差66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-72
• 攻读学位期间发表的论文及其它研究成果72-74
• 致谢74-75
• 个人简历75

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