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1、2008年4月宇航计测技术Apr.,2008第28卷第2期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVol.28,No.2文章编号:1000-7202(2008)02-0021-03中图分类号:V414文献标识码:A卫星转动惯量测量方法吴斌马贵贤彭敏燕郑琦(西北工业大学航天学院,西安710072)摘要介绍了用扭摆,通过倾斜安装测量卫星三个方向转动惯量的一种方法。分析了IYY测量准确度和测量倾斜角大小、IYY/IXX的比值、倾斜角误差之间的关系。当倾斜角度θ>45°时,IYY能够达到较高的测量准确度。++关键词人
2、造卫星惯量矩惯性积惯性主轴AMeasurementMethodofMomentofInertiafortheArtificialSatelliteWUBinMAGui2xianPENGMin2yanZHENGQi(CollegeofAstronautics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710072)AbstractIntroducesameasurementmethodofmomentofinertiafortheartificialsatellitethroughmountingthesatelli
3、tewiththeangleofinclination.ThemeasurementaccuracyforthemomentofinertiawhichrelatedwiththeratiobetweenIYYandIXXandtheslopingangleareanalyzed,andconclusionisin2dicatedthathigheraccuracyisachievablewhentheslopinganglegreaterthan45°.KeywordsArtificialsatelliteMomentofinertiaProducto
4、finertiaPrincipleaxis1引言轴的惯性张量,通过一定的坐标转化计算出卫星的IYY和IZZ。目前,测量大型试件的转动惯量主要采用扭摆法,根据测量平台的支撑方式不同,分为气浮支撑方2测量原理与误差分析[4][1]式和机械轴承支撑方式。采用气浮支撑的优点是摆动过程中摩擦力小,由阻尼引起的摆动周期2.1转动惯量测量方法误差可以忽略不计,其测量误差为±0.1%。而采用转动惯量可通过测量扭摆系统的自由摆动周期来[1]机械轴承支撑结构简单、维护方便,可以通过分段标计算。扭摆系统如图1所示。如不考虑系统阻尼,则定等方法提高其准确度,消除由于机械轴承阻尼
5、造T=2πI/K(1)成的误差,测量误差为±0.3%。2测量转动惯量时,测量轴必须和试件转轴平行。式中:I———试件对H轴的转动惯量,kg·m;K———但卫星只能通过花盆安装在测量台上,并且卫星质扭杆刚度系数,N·m/rad;T———系统自由摆动周量很大,一般达(2000～5000)kg,不能将Y轴和Z期,s。轴水平放置,只能通过倾斜一角度,测量卫星对倾斜已知扭杆的刚度系数,测量其摆动周期,可得试收稿日期:2007-03-16;修回日期:2007-08-09作者简介:吴斌(1965-),男,硕士生导师,研究方向:飞行器结构设计。·22·宇航计测技术200
6、8年图1扭摆系统示意图图3卫星竖直安装示意图图4卫星倾斜安装示意图件的转动惯量为22I=KT/4π(2)滑台绕OX轴分别转动0°,90°,180°,270°,测2.2卫星转动惯量测量量其转动惯量。设四种状态下卫星绕轴OH的转动设OXYZ为卫星坐标系,卫星质心与原点O重惯量测量值为IH1～IH4,各测量状态的空间角度如合,OH轴是测量台转轴,始终为垂直方向,如图2所表1所示。[2]示,则卫星绕轴OH的转动惯量为表1四种转动惯量测量状态表222IH=IXXcosα+IYYcosβ+IZZcosγ-2IXYcosαcosβ测量状态转动惯量αβγ-2IYZcos
7、βcosγ-2IXZcosαcosγ(3)1IH1θ90°-θ90°2IH2θ90°90°-θ式中:α,β,γ———分别为转动轴OH与卫星坐标轴3IH3θ90°+θ90°OX,OY,OZ的夹角;IXX,IYY,IZZ和IXY,IYZ,IXZ———分4IH4θ90°90°+θ别为卫星对坐标轴的三个转动惯量和三个惯性积。将表1的各坐标轴夹角代入式(4),可得22IH1=IXXcosθ+IYYsinθ-2IXYcosθsinθ22IH2=IXXcosθ+IZZsinθ-2IXZcosθsinθ(4)222IH3=IXXcosθ+IYYsinθ+2IXYcosθ
8、sinθ222IH4=IXXcosθ+IZZsinθ+2IXZcosθsinθ由
