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分享一种飞行器质量特性简易测量装置及测量方法与流程

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泰宁新闻网 http://www.tainingxinwen.cn 2020-09-10 12:08 出处:网络
这篇文章提供的分享一种飞行器质量特性简易测量装置及测量方法与流程,下面小编就来为你解答

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本发明涉及飞行器质量特性测量技术领域,具体涉及一种飞行器质量特性简易测量装置及测量方法。



背景技术:

飞行器的质量特性是指飞行器的质量、质心位置、转动惯量等特性。在工程应用中,飞行器的质量特性是进行飞行器设计的重要依据和关键控制参数,飞行器质量特性可通过专业的测量设备实现精确测量,但专业的测量设备一般比较昂贵,且针对不同飞行器需要设计不同的测量工装结构,测量方法较为复杂,成本较高。



技术实现要素:

基于以上问题,本发明提供一种飞行器质量特性简易测量装置及测量方法,通过将飞行器吊挂在测量平台上方,利用吊挂点取矩的平衡方程可以计算质心相对吊挂点之的位置,从而确定飞行器质心位置;然后通过双摆线法测量飞行器的惯性矩,操作简单,方法可靠,可广泛应用飞行器质量特性测量。

为解决以上技术问题,本发明提供了一种飞行器质量特性简易测量装置,包括水平设置的测量平台,测量平台上安装有两个支撑机构,支撑机构包括底座和两个竖直固定于底座上的液压伸缩杆,两个液压伸缩杆的顶部安装有水平设置有横梁,横梁外壁套设有多个套筒,套筒外壁底部固定有万向接头,万向接头上设置有吊绳。

进一步地,套筒上设置有与套筒轴向垂直的螺纹孔,螺纹孔内设置有拧紧螺栓。

进一步地,测量平台上开设有导轨槽,导轨槽的底部沿导轨槽的长度方向设置有多个螺纹孔,支撑机构的底座通过螺栓安装于导轨槽内。

为解决上述技术问题,本发明还提供了一种飞行器质量特性简易测量方法,包括如方法步:

s1、在飞行器中轴线正上方选择吊挂点a,在飞行器机身侧面水平基准线上选择b、d两点,且b点和d点分别位于a点的前后,测出b、d两点在飞行器中轴线上的投影距离lbd;

s2、利用吊绳将飞行器在a点起吊,使飞行器倾斜悬空位于测量平台上方,测定b、d两点相对测量平台的高度hb、hd,并利用下式获得飞行器的倾斜角α:

s3、保持吊挂位置不变,在飞行器上e点加配重,使飞行器调成水平,即hb=hd,测出a点和e点在飞行器中轴线上投影距离,通过对吊挂点a取矩的平衡方程可以得到质心o在a点之前沿飞行器中轴线方向的距离δx:

其中m为飞行器的质量,mp为配重的质量;

由此可以得到质心o在吊挂点a之下沿竖直方向的距离δz为:

根据质心o与起吊点a在竖直方向和中轴线方向的间距,获得质心o的位置;

s4、以飞行器的质心o为坐标原点,过质心o且与中轴线平行的直线为x轴,过质心o且与飞行器侧面水平基准线所在的平面垂直的直线为z轴建立空间直角坐标系oxyz,利用两根吊绳将飞行器水平吊挂,使飞行器的底部朝上水平倒吊,使两根吊绳平行于z轴且位于xoz平面内,并使两根吊绳距z轴的距离相等;测量出飞行器在水平面内绕z轴作自摆的周期tz,计算出飞行器绕z轴的惯性矩iz:

其中rx1为吊绳到z轴的距离,hz为飞行器质心o到上吊挂点连线的垂直距离;

s5、保持测量iz的吊挂姿态,测量出飞行器作两类振动的周期:

第一类振动时飞行器在垂直其y轴的平面内,从一边向另一边摆动;摆动过程中,使飞行器的质心o与飞行器吊绳的下吊挂点同时通过垂直平衡位置,并同时向另一个方向摆动,测得振动的周期为tx1;

第二类振动是飞行器由一个机翼的上、下向另一个机翼的上、下振动,飞行器在垂直其y轴的平面内振动的同时飞行器的吊绳还相对吊绳的上吊挂点振荡;特点是在振动过程中,飞行器的质心和吊绳的下吊挂点虽同时通过垂直平衡位置,但质心和下吊挂点的移动方向相反,测出此类振动的周期tx2,可计算出飞行器绕x轴的惯性矩ix:

其中hx为质心o到下吊挂点在竖直方向上的距离,hx为飞行器质心o到上吊挂点连线的垂直距离;

s6、将飞行器侧向吊挂在两根吊绳上,两根吊绳与飞行器的y轴平行,且距y轴的距离相等,因此吊绳的上、下四个连接点均位于飞行器的xoy平面内;测量出飞行器在水平面内绕y轴作自摆的周期ty,计算出飞行器绕y轴的惯性矩iy:

其中rx2为吊绳到y轴的距离,hy为飞行器质心o到上吊挂点连线的垂直距离。

进一步地,实际测量时,由于在调配过程中飞行器的实际质心与理论质心之间有差别,使得吊挂飞行器的两根吊绳的中线代表的z轴或y轴与通过飞行器质心的zˊ轴或yˊ轴分别相差lz或ly,根据惯性矩的平行轴定理,对iz或iy计算式进行如下修正,得到对通过飞行器质心的zˊ轴或yˊ轴的惯性矩izˊ或iyˊ如下:

与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过将飞行器吊挂在测量平台上方,利用吊挂点取矩的平衡方程可以计算质心相对吊挂点之的位置,从而确定飞行器质心位置;然后通过双摆线法测量飞行器的惯性矩,操作简单,方法可靠,可广泛应用飞行器质量特性测量。

附图说明

图1为实施例1和2中飞行器质量特性简易测量装置的结构示意图;

图2为实施例1中飞行器在a点倾斜吊挂测量飞行器质心原理图;

图3为实施例1中局部f的放大示意图;

图4为实施例1中飞行器在a点吊挂并增加配重测量飞行器质心原理图;

图5为实施例1或2中测量飞行器绕z轴的惯性矩的原理示意图;

图6为实施例1中测量飞行器绕x轴的惯性矩的第一类振动原理示意图;

图7为实施例1中测量飞行器绕x轴的惯性矩的第二类振动原理示意图;

图8为实施例1或2中测量飞行器绕y轴的惯性矩的原理示意图;

图9为实施例1或2中飞行器质量参数调整流程图;

其中,1、测量平台;2、液压伸缩杆;3、横梁;4、套筒;5、万向接头;6、导轨槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。

实施例1:

参见图1,一种飞行器质量特性简易测量装置,包括水平设置的测量平台1,测量平台1上安装有两个支撑机构,支撑机构包括底座和两个竖直固定于底座上的液压伸缩杆2,两个液压伸缩杆2的顶部安装有水平设置有横梁3,横梁3外壁套设有多个套筒4,套筒4外壁底部固定有万向接头5,万向接头5上设置有吊绳。

在本实施例中,横梁3与两个支撑机构的液压伸缩杆2组成门字形结构,横梁3外壁的套筒4底部通过万向接头5安装吊绳,对飞行器进行吊挂,并通过伸长液压伸缩杆2起吊,操作简单,成本低。

套筒4上设置有与套筒4轴向垂直的螺纹孔,螺纹孔内设置有拧紧螺栓,套筒4套设在横梁3上,可以调节套筒4在横梁3上的位置,便于保持吊挂点下的吊绳处于竖直方向;确定好位置的套筒4通过拧紧螺栓拧紧固定在横梁3上,需要再次调节时,拧开拧紧螺栓即可进行套筒4位置调整。

测量平台1上开设有导轨槽6,导轨槽6的底部沿导轨槽6的长度方向设置有多个螺纹孔,支撑机构的底座通过螺栓安装于导轨槽6内;底座通过导轨槽6安装在测量平台1上,底座可以在导轨槽6内滑动以调节两个两个支撑机构之间的间距,然后用螺栓固定底座,可以适应不同尺寸的飞行器质量特性的简易测量,测量前选择与支撑机构间距相匹配的横梁3即可。

本实施例中飞行器质量特性简易测量方法为:

s1、在飞行器中轴线正上方选择吊挂点a,在飞行器机身侧面水平基准线上选择b、d两点,且b点和d点分别位于a点的前后,测出b、d两点在飞行器中轴线上的投影距离lbd;

s2、利用吊绳将飞行器在a点起吊,使飞行器倾斜悬空位于测量平台1上方如图2和图3,测定b、d两点相对测量平台1的高度hb、hd,并利用下式获得飞行器的倾斜角α:

s3、保持吊挂位置不变,在飞行器上e点加配重,使飞行器调成水平如图4,即hb=hd,测出a点和e点在飞行器中轴线上投影距离,通过对吊挂点a取矩的平衡方程可以得到质心o在a点之前沿飞行器中轴线方向的距离δx:

其中xe、xa分别为点e和点a在x轴上的坐标位置,m为飞行器的质量,mp为配重的质量;

由此可以得到质心o在吊挂点a之下沿竖直方向的距离δz为:

根据质心o与起吊点a在竖直方向和中轴线方向的间距,获得质心o的位置;

s4、以飞行器的质心o为坐标原点,过质心o且与中轴线平行的直线为x轴,过质心o且与飞行器侧面水平基准线所在的平面垂直的直线为z轴建立空间直角坐标系oxyz,利用两根吊绳将飞行器水平吊挂,使飞行器的底部朝上水平倒吊,使两根吊绳平行于z轴且位于xoz平面内,并使两根吊绳距z轴的距离相等;测量出飞行器在水平面内绕z轴作自摆的周期tz,偏摆角约5°,如图5所示,计算出飞行器绕z轴的惯性矩iz:

其中rx1为吊绳到z轴的距离,hz为飞行器质心o到上吊挂点连线的垂直距离;

s5、保持测量iz的吊挂姿态,测量出飞行器作两类振动的周期:

第一类振动时飞行器在垂直其y轴的平面内,从一边向另一边摆动,类似荡秋千的形式,如图6所示;摆动过程中,使飞行器的质心o与飞行器吊绳的下吊挂点同时通过垂直平衡位置,并同时向另一个方向摆动,测得振动的周期为tx1;

第二类振动是飞行器由一个机翼的上、下向另一个机翼的上、下振动,飞行器在垂直其y轴的平面内振动的同时飞行器的吊绳还相对吊绳的上吊挂点振荡,相当于以x轴为轴心,两个机翼上下偏摆,如图7所示;特点是在振动过程中,飞行器的质心和吊绳的下吊挂点虽同时通过垂直平衡位置,但质心和下吊挂点的移动方向相反,测出此类振动的周期tx2(自摆,偏摆角约5°),可计算出飞行器绕x轴的惯性矩ix:

其中hx为质心o到下吊挂点在竖直方向上的距离,hx为飞行器质心o到上吊挂点连线的垂直距离;

s6、将飞行器侧向吊挂在两根吊绳上,两根吊绳与飞行器的y轴平行,且距y轴的距离相等,因此吊绳的上、下四个连接点均位于飞行器的xoy平面内,如图8所示;测量出飞行器在水平面内绕y轴作自摆的周期ty(偏摆角约5°),计算出飞行器绕y轴的惯性矩iy:

其中rx2为吊绳到y轴的距离,hy为飞行器质心o到上吊挂点连线的垂直距离。

本实施例中的吊绳选用钢索,钢索上端用万向接头5固定在梁架上,下端用万向接头5与飞行器下吊挂点固定。吊绳还应有足够的强度,单根吊绳的承载能力应为飞行器重量的3倍以上。吊绳应有足够的长度,尤其是测量惯性矩时应为飞行器长度的几倍,才能保证测量结果的准确性。

飞行器质量质心位置和惯性矩测量和调节是按照要求将飞行器上的试验设备及所需的配重牢固安装在飞行器内,经过调配使飞行器的质量参数满足要求。飞行器总装调配流程图如图9所示。

为了更好地完成飞行器的质量调节任务,应根据飞行器的质量参数和内部的空间,初步确定各设备及配重的安装位置,制定一个质量调节方案。然后根据装配调节方案,分为两步进行总装调配:

第一步,将有安装方位要求的试验设备安装固定好,测量出这些设备的实际安装方位;

第二步,根据装配方案初步安装其它设备和配重并测量飞行器的质量参数,经过调配满足要求后,将这些设备和配重固定好。

实施例2

如图5和图6,在实施例1的基础上,即两根吊绳与z轴或y轴平行,且距z轴或y轴距离相等时测得的飞行器的惯性矩iz或iy。但实际测量时往往做不到这点,有时在飞行器质心前后相等的距离处很难找到能安装框架卡住前后机身的位置,不得不使前后框架的位置对于质心不对称,从而使得两根吊绳的中线所代表的z轴或y轴与通过飞行器实际质心的zˊ轴或yˊ轴分别相差lz或ly;或者由于在调配过程中飞行器的实际质心与理论质心之间有差别,也使得两根吊绳的中线所代表的zˊ轴或yˊ轴与通过飞行器实际质心的z轴或y轴分别相差lz或ly,。此时所测得的是飞行器对通过两根吊绳的中线所代表的z轴或y轴的惯性矩iz或iy,而不是对通过飞行器质心的zˊ轴或yˊ轴的惯性矩izˊ或iyˊ。由理论力学知,任何刚体对通过质心的轴的惯性矩具有最小值,上述方法实际上是将飞行器的惯性矩测大了,因此需要进行修正。根据惯性矩的平行轴定理,对iz或iy计算式进行如下修正,得到对通过飞行器实际质心的zˊ轴或yˊ轴的惯性矩izˊ或iyˊ如下:

本实施例中的其他部分与实施例1相同,这里不在赘述。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程,并非用以限制本发明的专利保护范围,本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。


技术特征:

1.一种飞行器质量特性简易测量装置,包括水平设置的测量平台(1),其特征在于:所述测量平台(1)上安装有两个支撑机构,所述支撑机构包括底座和两个竖直固定于底座上的液压伸缩杆(2),两个所述液压伸缩杆(2)的顶部安装有水平设置有横梁(3),所述横梁(3)外壁套设有多个套筒(4),所述套筒(4)外壁底部固定有万向接头(5),所述万向接头(5)上设置有吊绳。

2.根据权利要求1所述的飞行器质量特性简易测量装置,其特征在于:所述套筒(4)上设置有与套筒(4)轴向垂直的螺纹孔,所述螺纹孔内设置有拧紧螺栓。

3.根据权利要求1所述的飞行器质量特性简易测量装置,其特征在于:所述测量平台(1)上开设有导轨槽(6),所述导轨槽(6)的底部沿导轨槽(6)的长度方向设置有多个螺纹孔,所述支撑机构的底座通过螺栓安装于所述导轨槽(6)内。

4.一种飞行器质量特性简易测量方法,该方法基于权利要求1-3中任意一项所述的飞行器质量特性简易测量装置,其特征在于,包括如方法步:

s1、在飞行器中轴线正上方选择吊挂点a,在飞行器机身侧面水平基准线上选择b、d两点,且b点和d点分别位于a点的前后,测出b、d两点在飞行器中轴线上的投影距离lbd;

s2、利用吊绳将飞行器在a点起吊,使飞行器倾斜悬空位于测量平台(1)上方,测定b、d两点相对测量平台(1)的高度hb、hd,并利用下式获得飞行器的倾斜角α:

s3、保持吊挂位置不变,在飞行器上e点加配重,使飞行器调成水平,即hb=hd,测出a点和e点在飞行器中轴线上投影距离lae,通过对吊挂点a取矩的平衡方程可以得到质心o在a点之前沿飞行器中轴线方向的距离δx:

其中m为飞行器的质量,mp为配重的质量;

由此可以得到质心o在吊挂点a之下沿竖直方向的距离δz为:

根据质心o与起吊点a在竖直方向和中轴线方向的间距,获得质心o的位置;

s4、以飞行器的质心o为坐标原点,过质心o且与中轴线平行的直线为x轴,过质心o且与飞行器侧面水平基准线所在的平面垂直的直线为z轴建立空间直角坐标系oxyz,利用两根吊绳将飞行器水平吊挂,使飞行器的底部朝上水平倒吊,使两根吊绳平行于z轴且位于xoz平面内,并使两根吊绳距z轴的距离相等;测量出飞行器在水平面内绕z轴作自摆的周期tz,计算出飞行器绕z轴的惯性矩iz:

其中rx1为吊绳到z轴的距离,hz为飞行器质心o到上吊挂点连线的垂直距离;

s5、保持测量iz的吊挂姿态,测量出飞行器作两类振动的周期:

第一类振动时飞行器在垂直其y轴的平面内,从一边向另一边摆动;摆动过程中,使飞行器的质心o与飞行器吊绳的下吊挂点同时通过垂直平衡位置,并同时向另一个方向摆动,测得振动的周期为tx1;

第二类振动是飞行器由一个机翼的上、下向另一个机翼的上、下振动,飞行器在垂直其y轴的平面内振动的同时飞行器的吊绳还相对吊绳的上吊挂点振荡;特点是在振动过程中,飞行器的质心和吊绳的下吊挂点虽同时通过垂直平衡位置,但质心和下吊挂点的移动方向相反,测出此类振动的周期tx2,可计算出飞行器绕x轴的惯性矩ix:

其中hx为质心o到下吊挂点在竖直方向上的距离,hx为飞行器质心o到上吊挂点连线的垂直距离;

s6、将飞行器侧向吊挂在两根吊绳上,两根吊绳与飞行器的y轴平行,且距y轴的距离相等,因此吊绳的上、下四个连接点均位于飞行器的xoy平面内;测量出飞行器在水平面内绕y轴作自摆的周期ty,计算出飞行器绕y轴的惯性矩iy:

其中rx2为吊绳到y轴的距离,hy为飞行器质心o到上吊挂点连线的垂直距离。

5.根据权利要求4所述的飞行器质量特性简易测量方法,其特征在于:实际测量时,由于在调配过程中飞行器的实际质心与理论质心之间有差别,使得吊挂飞行器的两根吊绳的中线代表的z轴或y轴与通过飞行器质心的zˊ轴或yˊ轴分别相差lz或ly,根据惯性矩的平行轴定理,对iz或iy计算式进行如下修正,得到对通过飞行器质心的zˊ轴或yˊ轴的惯性矩izˊ或iyˊ如下:

技术总结
本发明涉及飞行器质量特性测量技术领域,公开了一种飞行器质量特性简易测量装置及测量方法,测量装置包括水平设置的测量平台,测量平台上安装有两个支撑机构,支撑机构包括底座和两个竖直固定于底座上的液压伸缩杆,两个液压伸缩杆的顶部安装有水平设置有横梁,横梁外壁套设有多个套筒,套筒外壁底部固定有万向接头,万向接头上设置有吊绳。本发明通过将飞行器吊挂在测量平台上方,利用吊挂点取矩的平衡方程可以计算质心相对吊挂点之的位置,从而确定飞行器质心位置;然后通过双摆线法测量飞行器的惯性矩,操作简单,方法可靠,可广泛应用飞行器质量特性测量。

技术研发人员:肖涵山;欧朝;吉红亮;何烈堂;和争春;李明辉;任友成;柳宁远;杨洋;方桂才;官睿;杨召
受保护的技术使用者:中国空气动力研究与发展中心
技术研发日:2020.06.10
技术公布日:2020.08.28

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