小质量不规则物体质心测量方法研究

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1、第２３卷第３期载人航天Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．３２０１７年６月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＪｕｎ．２０１７小质量不规则物体质心测量方法研究周念，张万欣，司怀吉（中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室，北京１０００９４）摘要：航天器的质心位置对分析系统外部干扰、姿态和轨迹控制有显著影响。对于航天服之类的小质量软硬结合的不规则航天器，经典的质心测试方法不适用。以航天服为例，在研究经典质心测试方法的基础上，充分考虑小质量不规则物体的结构特点，提出一种称重与力矩平衡相结合的测试方法，给出了理论计算模型并研制了测量装置。通过标准砝码、标准样块的试验测量值和标定值，验证了该方法的正确性和装

2、置的准确性，可用于航天服、不同姿态下的人⁃服系统的质心测量，为系统姿态、轨迹控制和舱外作业活动提供基础数据。关键词：航天器；质心测量；计算模型；测量装置中图分类号：ＴＨ３９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１７）０３⁃０４０８⁃０６ＲｅｓｅａｒｃｈoｎＣｅｎｔｒoｉｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｅｔｈoｄoｆＳｍａllＭａｓｓａｎｄＩｒｒｅｇｕlａｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅＯｂｊｅｃｔｓＺＨＯＵＮｉａｎ，ＺＨＡＮＧＷａｎｘｉｎ，ＳＩＨｕａｉｊｉ（ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｕｍａｎＦａｃｔｏｒｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｓｔｒｏｎａｕｔＲｅｓｅａ

3、ｒｃｈａｎｄＴｒａｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｃｒａｆｔｃｅｎｔｒｏｉｄｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｘｔｅｒ⁃ｎａｌｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ，ｔｈｅａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｔｈｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌ．Ｆｏｒｔｈｅｓｍａｌｌｍａｓｓｓｐａｃｅｃｒａｆｔｌｉｋｅｔｈｅｓｐａｃｅｓｕｉｔｗｉｔｈｓｏｆｔａｎｄｈａｒｄｉｒｒｅｇｕｌａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｅｎｔｒｏｉｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎ

4、ｔｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｎｏｔａｐｐｌｉｃａｂｌｅ．Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｕｉｔｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｅｗｍｅａｓｕｒｅ⁃ｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｄｔｈｅｗｅｉｇｈｉｎｇａｎｄｔｈｅｍｏｍｅｎｔｂａｌａｎｃｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｍｅａｓｕｒｅｂｏｔｈｔｈｅｍａｓｓａｎｄｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａ

5、ｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒｏｉｄ．Ｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅｗｅｒｅｐｒｏｖｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｖａｌｕｅａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｌｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｗｅｉｇｈｔｓａｎｄｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｓａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｃｅｎｔｒｏｉｄｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｕｉｔｏｒｔｈｅａｓｔｒｏｎａｕｔ⁃ｓｐａｃｅｓｕｉｔｓｙｓｔｅｍ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｉｍｐｏｒｔａｎｔｄａ

6、ｔａｆｏｒａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌａｎｄＥＶＡｔａｓｋ．Ｋｅｙｗoｒｄｓ：ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ；ｃｅｎｔｒｏｉｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅ要准确掌握被控物体的质心位置。在工程上对质１引言心进行高精度的测量以验证其是否满足设计指物体的质心即为物体的重心，也就是物体所标，对于质心位置超差的，要进行调整，以实现对受重力的作用点。对于各类航天器和太空装置，其有效、稳定、准确的控制。如导弹、火箭、空间站、机械臂等，在太空失重环境航天器和太空装置可大致分为两大类：一类下，质心位置对于分

7、析系统外部干扰有重要意是以导弹、火箭、无人机等为代表的大型刚体固定［１］义；同时，质心作为姿态和轨迹控制的参数，会结构，其质心位置受燃料消耗的影响最大，可通过直接影响控制物体的运动轨迹和稳定性，因此，需分析其固定的结构特点，利用传统的数学模型推收稿日期：２０１６⁃０７⁃２０；修回日期：２０１７⁃０４⁃１７基金项目：试验技术重点课题（２０１３ＳＹ５４Ａ１００１）第一作者：周念，女，硕士研究生，研究方向为航天服工程。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈｏｕ＿ｎｉａｎ＿ｄｅ＠１２６．ｃｏｍ第３期周念，等