[发明专利]无人机质心惯量集成测试方法

权利要求书

1.一种无人机质心惯量集成测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)在质量特性测试设备上建立测试坐标系；

(2)在质量特性测试设备的上平台上安装两轴异面的调姿设备，并分别建立下框架坐标系和上框架坐标系；

(3)将产品安装在调姿设备上；

(4)调姿设备将产品姿态调整为水平姿态，质量特性测试设备测量此时产品的水平方向质心坐标和绕旋转轴的转动惯量；

(5)调姿设备将产品姿态调整为第一倾斜姿态即绕下框架坐标系的O₁Y₁轴顺时针旋转α角，质量特性测试设备测量此时产品的水平方向质心坐标和绕旋转轴的转动惯量；

(6)调姿设备将产品姿态调整为第二倾斜姿态即绕下框架坐标系的O₁Y₁轴逆时针旋转α角，质量特性测试设备测量此时产品绕旋转轴的转动惯量；

(7)调姿设备将产品姿态调整为第三倾斜姿态即绕上框架坐标系的O₂X₂轴顺时针旋转β角，质量特性测试设备测量此时产品绕旋转轴的转动惯量；

(8)调姿设备将产品姿态调整为第四倾斜姿态即绕上框架坐标系的O₂X₂轴逆时针旋转β角，质量特性测试设备测量此时产品绕旋转轴的转动惯量；

(9)根据集成测试算法，计算产品的3轴质心、3轴转动惯量和2个惯性积；

在步骤(9)中，根据集成测试算法，计算产品的3轴质心、3轴转动惯量和2个惯性积包括如下步骤：

1)根据3个传感器同时测得的重量值F₁、F₂、F₃及3个传感器之间的几何关系，由力平衡和力矩平衡公式分别计算出产品的质量m和在测试坐标系下产品水平面内的质心坐标X_c和Y_c；其中，力平衡和力矩平衡公式为

经解算：

其中，3个传感器在同一水平面内，3者组成等边三角形，其外接圆的半径为R，第一传感器到其对边中点的距离为L，第二传感器和第三传感器之间的距离为D；

2)在下框架坐标系O₁-X₁Y₁的X₁O₁Y₁面内产品绕其O₁Y₁轴逆时针旋转α角后，质心位置由点C旋转至C’，旋转前和旋转后分别测得水平面内质心的投影为X_c和X_c1，设|OC|＝|OC′|＝l，产品在水平姿态下时质心C与下框架坐标系的坐标原点O₁的连线为O₁C，O₁C与下框架坐标系的X+方向之间的夹角为γ，解算水平姿态下产品质心在下框架坐标系下的纵坐标即纵向质心Z_c1的解算过程如下：

建立方程组

将sinγ、cosγ分别代入X_c1，得：

则有：

Z_c1＝(X_c1-X_ccosα)/sinα

则产品水平姿态下在下框架坐标系下的质心坐标为(X_c1，Y_c1，Z_c1)；

3)根据产品的质量、三轴质心坐标及1个水平姿态和4个倾斜姿态下测得的绕回转轴的转动惯量，解算产品在下框架坐标系中的3轴转动惯量和2个惯性积。

2.根据权利要求1所述的无人机质心惯量集成测试方法，其特征在于：在步骤(1)中，质量特性测试设备具备测量所有质量特性参数的功能，即在一台设备上完成质量、水平方向质心和绕其旋转轴的转动惯量，采用三点称重法，根据力平衡和力矩平衡测量产品的质量和水平方向的2质心坐标，采用扭摆法测量绕旋转轴的转动惯量；

测试坐标系建立如下：以3个传感器所在圆的圆心为坐标原点O，以传感器P₁方向为X+，以竖直向上为Z+，Y轴由右手坐标系确定。