高精度质量质心测量方法及通用测量系统设计

发布时间：2020-04-01 09:46

【摘要】：质量质心是导弹的固有特性。高精度的质量与质心位置可以降低导弹飞行过程中的控制难度,是提高导弹飞行试验的成功率和命中率的重要保障。因此,保证导弹质量质心的精度是对导弹总装的基本要求。导弹质量质心精度的保证除了提高导弹的加工和装配精度外,还必须提高其质量特性参数测量的精度。准确有效的质量质心参数测量是高性能导弹制造的前提。因此对导弹质量质心参数的检测与分析是导弹研制的重要内容。然而现有的导弹质量质心测量系统均是为特定型号研制的专用系统,精度一般且通用性较差,难以满足导弹对高精度质量质心的要求。针对以上问题,本文首先通过对各类质量质心测量方法进行了分析比较,简要阐述了各种测量方法的特点及其适用范围。根据被测对象的外形特点及精度指标要求,提出了偏心测量法,通过延长质偏测量时传感器支撑力的力臂,达到减小质偏传感器受力的目的,使得质偏传感器可以选择量程小、分辨率高的敏感元件。详细阐述了其测量原理以及测量步骤,并对其测量误差及其影响因素进行了分析计算,为本文质量质心测量总体方案设计打下理论基础。基于偏心测量法,设计了高精度质量质心通用测量系统的机械主体结构。为了提高测量系统的测量精度、效率,并延长使用寿命,系统主体部分设计了自动升降、自动调平及质偏测量转换等功能。称重传感器作为敏感元件,是测量系统最重要的部件,其寿命直接影响整套系统的使用寿命。通过测量台的自动升降功能,使称重传感器仅在测量时加载,大大缩短了传感器的承载时间,可以有效保护称重传感器,从而延长系统寿命。系统的自动调平功能操作简便,保证系统测量时的水平度,有效提高了测量精度。质偏测量转换机构将质心和质偏测量通过结构设计分开,同时保证了质量、质心及质偏的测量精度。测试工装的支撑组件可以在测量架上滑动,以适应不同长度导弹的测量,针对不同直径的导弹,仅需更换相应的环状工装,实现了对多种型号产品的兼容。针对高精度、高效率、易操作等要求,设计了电气分系统。详细介绍了称重传感器的选型,质量数据采集系统的设计。基于PM Designer开发了电子综合测试仪专用软件。基于Visual Basic 6.0,在上位计算机上开发了测试应用程序,并引入Access数据库,对测试数据进行记录与分析。系统操作简单方便,操作者无需培训即可进行测量,测量结果显示清晰,输出结果打印方便快捷。系统适用于不同型号产品质量质心的测量,充分体现了测量系统的通用性。最后,为验证高精度质量质心通用测量系统的测量精度,建立了系统检定规则,确定了基于标准体的测量系统质量特性测量精度检测方案。系统检测用标准体由计量单位检定有效,在此基础上,分别对系统质量测量精度、质量测量重复精度、质心测量精度、质偏测量精度进行了检定。检定结果表明系统测量精度较高,测量稳定性较好。为进一步保证实际产品测量精度,对安装环状工装后的标准体质量、质心、质偏测量精度分别进行了检定,检定结果进一步说明,高精度质量质心通用测量系统测量精度高、测量稳定性好,能够满足型号产品的测量精度要求。
【图文】：

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研究成果就应用于国防产业，并不断向其他行业扩展，如：电机、风机、汽、甚至运动器材，对这些行业产生了重大影响[7]。由于涉及敏感技术领域，核心技术对我国封锁严密，即使对于盟国，其技术输出也有诸多限制[8]。因，在先进检测技术及其测量设备研究领域，很难借鉴国外的研究经验。在质质心参数测试领域，最具代表性的公司是：美国空间电子设备公司和欧洲宇局[9]。对于质心测试，，合理的待测物受力情况和力矩测量是测试有效的关键。为准确的测得力矩，待测物一般支承在刀口之上，因为刀口具有很高的灵敏度精确的反应待测物处于平衡状态时的姿态[10]。上世纪 60 年代，美国及一些欧洲发达国家用一种称为“绕性支承”或称为口轴承”（图 1-1 所示）的机械装置作为刀口，它具有一维方向极大的刚度其他方向极小约束力的特性[11]。然而，目前这种技术国内尚无成熟产品，湾正在进行相关研究。

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文机构是美国 Riverhawk 公司在 1952 年研制成功的，取名为“刀支撑”。历经几十年的发展，目前已成为军工、光学、汽车等领殊商品[12]。美国空间电子设备公司（Space Electronics LLC）作为刀口在质心测试领域取得了成功的应用[13]。5 年前后，以美国空间电子设备公司为代表，开发出针对质心专用的空气轴承及磁闭环力矩传感器[14]。这两项技术的发明了有效控制，较好的保证了测试精度。下图为美国空间电子设量及转动惯量测试设备的原理示意图[15]如图 1-2 所示：
【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】：2017
【分类号】：TJ760.5

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