[发明专利]一种高效的飞机质量特性测量方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及质量特性测量技术领域，具体是一种高效的飞机质量特性测量方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的飞机质量特性测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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；