大尺寸复杂形状物体转动惯量测量技术研究

论文摘要

转动惯量是研究和控制飞行体的飞行轨道及运动姿态所需的重要物理量,同时也是核弹头、导弹、鱼雷等武器,运载火箭、宇宙飞船等航天器及搭载设备所需的测量项目之一。转动惯量是考核各类航天产品质量的关键要素之一,所以其必须被精确测量,以检验产品是否满足设计要求。在采用扭摆法对大尺寸复杂形状物体进行转动惯量测量时,空气阻尼将会影响到扭摆周期的测量,使测量结果出现误差。因此,研究空气阻尼对转动惯量测量影响的规律,有助于提高测量精度。本文结合课题研究和实际项目需要,对阻尼误差的修正算法进行了研究。本文主要完成以下工作:首先调研国内外在转动惯量测量方面的研究现状,分析空气阻尼对大尺寸复杂形状物体转动惯量测量的影响,研究阻尼条件下基于扭摆法的转动惯量测量补偿模型。其次设计和制造阻尼实验样件,以现有的测量模型为基础设计验证性实验的方法和步骤;利用HIT-115型转动惯量测量系统进行测量实验,获得大量可靠的实验数据。接着对实验数据进行分析和计算,研究空气阻尼对大尺寸复杂形状物体转动惯量测量影响的规律,验证现有测量补偿模型的精度并总结实验结论。然后根据实验结果,进行阻尼条件下转动惯量补偿算法的研究,利用HIT115型测量系统进行测量实验,拟合补偿修正公式,并对其进行验证。最后对转动惯量测量及修正过程可能出现的误差源进行不确定度分析,研究提高测量精度的方法和途径,并给出不确定度报告。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及目的意义
• 1.2 大尺寸复杂形状物体的转动惯量测量
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 测量方式研究现状
• 1.3.2 测量设备研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 有阻尼转动惯量测量模型
• 2.1 扭摆法转动惯量测量原理
• 2.2 阻尼比的测算方法
• 2.3 扭摆周期和扭摆振幅的测量
• 2.4 转动惯量的计算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 实验方案设计
• 3.1 实验方法
• 3.2 实验器材
• 3.2.1 转动惯量测量系统
• 3.2.2 阻尼实验样件
• 3.3 实验过程
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验数据分析处理
• 4.1 系统标定实验数据处理
• 4.2 实验数据分析
• 4.2.1 Ⅰ型阻尼板测量实验
• 4.2.2 Ⅱ型阻尼板测量实验一
• 4.2.3 Ⅱ型阻尼板测量实验二
• 4.3 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 补偿算法研究
• 5.1 补偿原理
• 5.2 补偿公式推导
• 5.3 补偿算法实验验证
• 5.4 本章小结
• 第6章 测量不确定度分析
• 6.1 转动惯量测量的误差源分析
• 6.2 转动惯量测量不确定度评定
• 6.2.1 扭摆周期测量不确定度
• 6.2.2 扭杆刚度系数标定不确定度
• 6.2.3 系统阻尼比计算误差
• 6.2.4 阻尼板平移和倾斜误差
• 6.3 合成不确定度
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位论文期间发表的论文
• 致谢