复杂形状物体转动惯量测量技术研究

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1、制造技术研宪魁^制造技术复杂形状物体转动惯量测量技术研究张晓琳’唐松1王军1赵岩1唐文彦陈金存2梁巨峰2郝文龙‘1哈尔滨Z-／k大学，哈尔滨15000l，2中国运栽火箭技术研究院，北京100076摘要：介绍7存在阻尼条件下物体转动惯量剥量的数学模型——线性微分方程模型：利用气浮转动惯量测量系统对线性模型进行7实验验证．结果表明空气阻尼对大尺寸复杂形状物体的转动懂量剥量影响较大；线性模型的补偿艘果有限，对亍阻尼条件下的高精度曲转动晴量测量，有必要进行新的补偿算法的研究。关键词：大尺寸复杂形捩：转动惯

2、量；阻尼ResearchonMeasuringTechnologyofMomentofInertiaforObjectswithComplexShapeZhangXiaolin‘TangSong。WangJunlZhaoYanlTangWenyanChenJincun2LingJufen92HaoWenfon92(1HarbinInstituteofTechnothgy，Harbin150001；2ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnoLogy,BeOin9100076

3、)Abstrael：Amathe脚ticalmodel，lineardifferentialequationmodel，formeasuringtheillomentofinertiaofobjectsunderdampconditionsisintroducedByutilizingtheair-floatalinninertia㈣呲眦Ⅱtsystemexperimentalvalidationofthelinearmoddiscarriedoutq?e,eiesultsstiowthatair

4、dampinghasasignific如timpactonmeasuringthemomentofinertiaofobjectswithlargescaleandcomplexshapeForthehigh—precisioninertiameasRitlemel]tunderdampconditions，thecompensationaffectsofthepreviouslinearmodelalelimitedandresearchontheNewcompensationmethodisn

5、eededKeywords：largescalecomplexshape：momeNIofinema：damping引言转动惯量是研究和控制飞行体轨道及姿忐所需的重要物理景，是各娄弹丸、火箭弹、导弹、核弹头、龟雷等武器，运载火箭、卫星、载人飞船等航天器及措载设备所需的测量项目。航天t常规的转动惯蹙测量，一般是对啊转体进行测量，大多采用扭摆法进行测量，即把被Ⅻ4物体放在扭摆台r．通过月i量扣摆周期来计算其转动惯最。对于回转体来说，空气所产生的阻尼力矩很小。可以忽略不计。但对于诸如图l所示的大尺寸复杂

6、形状物体(也称异形体)，宅气阻尼的作用将会影响到测量结果，使实际扭摆振动周期变大，从而造成转动惯量的测量结果出现偏差。因此，对于丈尺寸复祭形状物体的转动惯量测量．有必要研究空气阻尼对测量的影响捌律⋯。g：：§ii?；；箱：；：：；器：：iij””“=飞”“嚣骺淼5--善掌““”9图1大足寸复杂形状物体外形举例制造技术研究2011年2月弟1期本文将介绍当前普遍使用的有阻尼情况下转动惯量测量补偿理论，即线性模型，并利用气浮转动惯量测量系统进行验证性实验。2阻尼条件下转动惯量测量原理扭摆法测量物体转动惯

7、量原理如图2所示。被测物体安放在由气浮轴承支撑的扭摆台上，扭摆台由弹性扭杆与机壳连接。当有外接激励后，被测物体随扭摆台自由摆动，根据摆动周期和振幅可以计算出转动惯量。／＼被测＼物体N、冽∥图2扭摆法示意图设扭杆摆动角为良扭摆台与物体的转动惯量为．，，扭杆刚度系数B阻尼力矩系数为C(在摆角很小时为常数)。在扭摆台的扭摆角度和扭摆速度较小时，可认为空气阻尼产生的阻尼力矩与扭摆台的角速度成正比，系统运动方程为：．，百d20+c华+K口：o(1)一护。r穴～穴～一V，_V一一∑7图3扭摆台的衰减振荡曲线乃

8、、死分别为有阻尼振动周期、无阻尼振动周期，瓦=撕现。由此可得到有阻尼条件下转动惯量的计算公式：-，：去(1一fz)乃2(2rt)”。。“(4)K的值可以通过测量标定砝码获得；此外，我们还需要知道阻尼比f和振动周期乃的值，即可计算得到转动惯量值。式(4)是在空气阻尼产生的阻尼力矩与扭摆台的角速度成正比的前提下得出的数学模型，也称为线性模型。3阻尼比和振动周期的测量测算阻尼比的方法较多，如自由衰减波形法、共振频率法、半功率点法、实频一虚频峰值法等，在这些方法中，自由衰减法最为直观。将扭