一种浮空器质量特性参数测量方法技术

本发明专利技术涉及质量特性测量技术领域，尤其涉及一种浮空器质量特性参数测量方法。该测量方法具体包括：在浮空器囊体中充入空气，在浮空器囊体上选取两个悬挂点；在两个悬挂点处分别通过两个拉力传感器将浮空器向上牵引；在浮空器囊体的顶端和尾端分别悬挂两个重锤；分别测量两个悬挂点坐标、两个重锤之间的水平距离以及两个重锤之间的垂直距离；分别获得第一质心测试姿态时的力矩平衡方程以及第二质心测试姿态时的力矩平衡方程；将所述的两个力矩平衡方程联立，获得浮空器囊体的质心位置。该测量方法解决了测量过程中对浮空器姿态有较高精度要求的难题，计算方法简单，操作方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及质量特性测量
，尤其涉及一种浮空器质量特性参数测量方法。
技术介绍
浮空器是一种主要依靠净浮力升空的飞行器，主要包括飞艇、系留气球和高空气球。其基本结构由囊体、鼻锥、吊舱、尾翼及缆索组成。飞艇是一种具有推进装置的浮空器，推进装置为飞艇提供前进的动力。系留气球是一种无动力的浮空器，依靠系索与地面锚泊设备连接，通过系索的收放调节球体高度，实现球体的升降。高空气球由气囊、吊舱等结构组成，它是一种特殊的浮空器，在空中自由飘行。为了保证浮空器能够达到设计目标，必须对每一环节进行严格把控，其中就包括质量特性参数的测量。浮空器的质量特性参数主要包括系统的质量、浮力、质心和浮心。这些参数的精确测量是确定浮空器系统姿态、制定飞行策略、精确控制飞行的前提，因此浮空器质量特性参数的测量一直以来受到广泛的重视。随着浮空器事业的不断发展，浮空器在尺寸和结构上都有着前所未有的突破，由此引发了对于大型浮空器相关测量技术的研究，其中就包括大型浮空器质量特性参数的测量技术。质量、浮力、质心和浮心是浮空器最基本的特性参数。现有技术中浮空器特性参数的测量方式是采用机械天平来称量质量，虽然天平精度较高，但对于测试条件和测试对象要求也比较高，在测量过程中对浮空器的姿态有着较高的精度要求，不易操作控制，而且还存在称重上限低，操作不方便，读数不直观的缺点。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种浮空器质量特性参数测量方法，解决现有测量方法对于测试条件和测试对象要求较高，操作不便的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种浮空器质量特性参数测量方法，具体包括：在浮空器囊体中充入空气，在浮空器囊体上选取第一悬挂点和第二悬挂点；在所述的第一悬挂点和第二悬挂点处分别通过第一拉力传感器和第二拉力传感器将浮空器向上牵引；在浮空器囊体的顶端和尾端分别悬挂第一重锤和第二重锤；分别测量第一悬挂点坐标、第二悬挂点坐标、第一重锤与第二重锤之间的水平距离以及第一重锤与第二重锤之间的垂直距离；分别获得第一质心测试姿态时的力矩平衡方程以及第二质心测试姿态时的力矩平衡方程；将所述的两个力矩平衡方程联立，获得浮空器囊体的质心位置。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种浮空器质量特性参数测量方法，具体包括：在浮空器囊体中充入氦气，在浮空器囊体上选取第一悬挂点和第二悬挂点，在所述的第一悬挂点和第二悬挂点处分别通过第一拉力传感器和第二拉力传感器将浮空器向下牵引；在浮空器囊体的顶端和尾端分别悬挂第一重锤和第二重锤；分别测量第一悬挂点坐标、第二悬挂点坐标、第一重锤与第二重锤之间的水平距离以及第一重锤与第二重锤之间的垂直距离；分别获得第一浮心测试姿态时的力矩平衡方程以及第二浮心测试姿态时的力矩平衡方程；将所述的两个力矩平衡方程联立，获得浮空器囊体的浮心位置。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供的浮空器质量特性参数测量方法，通过两点称重法对充气后的浮空器质量特性参数进行测量，利用拉力传感器、重锤来测量浮空器结构的质量、质心、浮力以及浮心，该方法解决了测量过程中对于浮空器的测试条件和测试姿态要求较高，不易操作的难题。本专利技术能够对浮空器及其他大型结构的质量特性参数提供参考依据。附图说明图1是本专利技术实施例第一质心测试姿态时的浮空器结构示意图；图2是本专利技术实施例第一质心测试姿态时的浮空器结构图1的剖视图；图3是本专利技术实施例第二质心测试姿态时的浮空器结构示意图；图4是本专利技术实施例第二质心测试姿态时的浮空器结构图3的剖视图；图5是本专利技术实施例第一浮心测试姿态时的浮空器结构示意图；图6是本专利技术实施例第一浮心测试姿态时的浮空器结构图5的剖视图；图7是本专利技术实施例第二浮心测试姿态时的浮空器结构示意图。图8是本专利技术实施例第二浮心测试姿态时的浮空器结构图7的剖视图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。针对浮空器这种体积、浮力和重量都比较大的结构，其质量和浮力适宜采用高精度拉力传感器进行测量，而质心和浮心则适宜采取两点称重法进行测量。然而拉力传感器难以保证始终与地面垂直，浮空器的囊体也难以保持绝对水平设置。因此，本专利技术采用任意两种姿态对浮空器结构的质心和浮心展开测量，忽略对浮空器悬挂姿态的严格要求，而通过在计算过程中的参数处理得到质心和浮心的准确位置。下面对浮空器的质心测量方法以及浮心测量方法进行具体说明。在测量展开之前，首先对浮空器轴系进行约定：设定浮空器头部顶点为坐标原点，X轴沿浮空器的囊体轴线指向尾部；Z轴向上；Y轴为与X轴相垂直的水平方向，且X、Z轴满足右手系规则。1、浮空器质心测量在浮空器囊体中充入空气，并在浮空器囊体上选取第一悬挂点和第二悬挂点。在所述的第一悬挂点和第二悬挂点处分别通过第一拉力传感器和第二拉力传感器将浮空器向上牵引。在浮空器囊体的顶端和尾端分别悬挂第一重锤和第二重锤。如图1-2所示，将浮空器调整为第一质心测试姿态，通过全站仪测量第一质心测试姿态时的第一悬挂点坐标(Xg1，0，Zg1)、第二悬挂点坐标(Xg2，0，Zg2)、第一重锤与第二重锤之间的水平距离L1以及第一重锤与第二重锤之间的垂直距离H1。其中，第一质心测试姿态时的水平方向受力平衡方程和竖直方向受力平衡方程为：F11×sinα1＝F21×sinβ1F11×cosα1+F21×cosβ1＝G通过上述两个方程可获得夹角α1和所述夹角β1，其中α1为第一质心测试姿态时第一拉力传感器的拉力方向与竖直方向的夹角；β1为第一质心测试姿态时第二拉力传感器的拉力方向与竖直方向的夹角。其中，第一质心测试姿态时的力矩平衡方程为：F11×cos(α1+θ1)×Xg1+F11×sin(α1+θ1)×Zg1+F21×cos(θ1-β1)×Xg2+F21×sin(θ1-β1)×Zg2＝G×cosθ1×Xg-G×sinθ1×Zg其中：G为浮空器重量；F11为第一质心测试姿态时第一拉力传感器测得的拉力；F21为第一质心测试姿态时第二拉力传感器测得的拉力；Xg为浮空器在X轴方向的质心位置；Zg为浮空器在Z轴方向的质心位置；θ1为第一质心测试姿态时浮空器囊体的轴线与水平方向的夹角。其中所述夹角θ1通过以下公式计算获得： θ 1 = tan - 1 ( H 1 L 1 ) ]]>如图3-4所示，将浮空器调整为第二质心测试姿态，通过全站仪测量第二质心测试姿态时的第一悬挂点坐标(Xg1，0，Zg1)、第二悬挂点坐标(Xg2，0，Zg2)、第一重锤与第二重锤之间的水平距离L2以及第一重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浮空器质量特性参数测量方法，其特征在于，具体包括：在浮空器囊体中充入空气，在浮空器囊体上选取第一悬挂点和第二悬挂点；在所述的第一悬挂点和第二悬挂点处分别通过第一拉力传感器和第二拉力传感器将浮空器向上牵引；在浮空器囊体的顶端和尾端分别悬挂第一重锤和第二重锤；分别测量第一悬挂点坐标、第二悬挂点坐标、第一重锤与第二重锤之间的水平距离以及第一重锤与第二重锤之间的垂直距离；分别获得第一质心测试姿态时的力矩平衡方程以及第二质心测试姿态时的力矩平衡方程；将所述的两个力矩平衡方程联立，获得浮空器囊体的质心位置。

【技术特征摘要】
1.一种浮空器质量特性参数测量方法，其特征在于，具体包括：在浮空器囊体中充入空气，在浮空器囊体上选取第一悬挂点和第二悬挂点；在所述的第一悬挂点和第二悬挂点处分别通过第一拉力传感器和第二拉力传感器将浮空器向上牵引；在浮空器囊体的顶端和尾端分别悬挂第一重锤和第二重锤；分别测量第一悬挂点坐标、第二悬挂点坐标、第一重锤与第二重锤之间的水平距离以及第一重锤与第二重锤之间的垂直距离；分别获得第一质心测试姿态时的力矩平衡方程以及第二质心测试姿态时的力矩平衡方程；将所述的两个力矩平衡方程联立，获得浮空器囊体的质心位置。2.根据权利要求1所述的浮空器质量特性参数测量方法，其特征在于，所述第一质心测试姿态时的力矩平衡方程为：F11×cos(α1+θ1)×Xg1+F11×sin(α1+θ1)×Zg1+F21×cos(θ1-β1)×Xg2+F21×sin(θ1-β1)×Zg2＝G×cosθ1×Xg-G×sinθ1×Zg其中：G为浮空器重量；F11为第一质心测试姿态时第一拉力传感器测得的拉力；F21为第一质心测试姿态时第二拉力传感器测得的拉力；α1为第一质心测试姿态时第一拉力传感器与竖直方向的夹角；β1为第一质心测试姿态时第二拉力传感器与竖直方向的夹角；θ1为第一质心测试姿态时浮空器囊体的轴线与水平方向的夹角；Xg为浮空器在X方向的质心位置；Zg为浮空器在Z方向的质心位置；Xg1，Zg1分别为第一悬挂点在X方向和Z方向的坐标；Xg2，Zg2分别为第二悬挂点在X方向和Z方向的坐标。3.根据权利要求2所述的浮空器质量特性参数测量方法，其特征在于，所述夹角α1和所述夹角β1通过水平方向受力平衡方程和竖直方向受力平衡方程联立获得，其中水平方向受力平衡方程和竖直方向受力平衡方程分别为：F11×sinα1＝F21×sinβ1F11×cosα1+F21×cosβ1＝G所述夹角θ1通过公式： θ 1 = tan - 1 ( H 1 L 1 ) ]]>计算获得，其中，L1为第一质心测试姿态时第一重锤与第二重锤之间的水平距离；H1为第一质心测试姿态时第一重锤与第二重锤之间的垂直距离。4.根据权利要求2所述的浮空器质量特性参数测量方法，其特征在于，所述第二质心测试姿态时的力矩平衡方程为：F12×cos(α2-θ2)×Xg1+F12×sin(α2-θ2)×Zg1+F22×cos(θ2+β2)×Xg2-F22×sin(θ2+β2)×Zg2＝G×cosθ2×Xg+G×sinθ2×Zg其中：G为浮空器重量；F12为第二质心测试姿态时第一拉力传感器测得的拉力；F22为第二质心测试姿态时第二拉力传感器测得的拉力；α2为第二质心测试姿态时第一拉力传感器与竖直方向的夹角；β2为第二质心测试姿态时第二拉力传感器与竖直方向的夹角；θ2为第二质心测试姿态时浮空器囊体的轴线与水平方向的夹角；Xg为浮空器在X方向的质心位置；Zg为浮空器在Z方向的质心位置；Xg1，Zg1分别为第一悬挂点在X方向和Z方向的坐标；Xg2，Zg2分别为第二悬挂点在X方向和Z方向的坐标。5.根据权利要求4所述的浮空器质量特性参数测量方法，其特征在于，所述夹角α2和所述夹角β2通过水平方向受力平衡方程和竖直方向受力平衡方程联立获得，其中水平方向受力平衡方程和竖直方向受力平衡方程分别为：F12×sinα2＝F22×sinβ2F12×cosα2+F22×cosβ2＝G所述夹角θ2通过公式： θ 2 = tan - 1 ( H 2 L 2 ) ]]>计算获得，其中，L2为第二质心测试姿态时第一重锤与第二重锤之间的水平距离；H2为第二质心测试姿态时第一重锤与第二重锤之间的垂直距离。...

【专利技术属性】
技术研发人员：何泽青，秦玉梅，付强，张冬辉，栗颖思，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11