转动惯量测量若干关键技术研究

摘要

大型弹箭是现代战争和高科技的产物，为实现精确的姿态控制并提高系统性能，必须获得弹箭特性参数，其中包括转动惯量的精确测量。 论文分析现有大型弹箭转动惯量测量方法及设备中存在的问题并提出新的分析思路和方法。 考察转动惯量的各种测量方法，基于扭摆法建立了考虑摩擦力矩和空气阻力的扭摆运动方程，与现有的线性方程不同，它是一个包含阻尼系数和符号函数的非线性运动方程。利用maple软件对该方程进行了仿真，得到了扭摆运动过程中各个行程的关系曲线，并对曲线进行了分段线性拟合。该方程完整描述了扭摆的整个运动过程，从而验证了该方程的合理性。 研究了转动惯量测试过程中由于摩擦力矩和空气阻力引起的能量耗散的相关方程，导出了扭摆转角与时间的函数，并根据这些关系利用数值方法求解由相平面法分析得到的相关的方程。该方程既考虑到了摩擦力矩和空气阻力的影响，又无须对其进行事先估算或测量。 同时，文章对测量误差做了详细的分析，得出了最佳采样频率与角位移传感器误差间的关系，给出了最佳采样频率的选取原则。 最后，利用数学工具张量，讨论由于加工误差或转台承载变形等原因，使被测件安装在转台上的位置偏离理想位置而引起的转动惯量的测量误差，得到了此类误差的完整描述。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题来源和背景

1.1.1课题来源

1.1.2课题背景

1.2课题研究的目的和意义

1.3转动惯量测量方式

1.4国内外研究现状

1.4.1测量设备研究现状

1.4.2研究方法现状

1.5本文主要研究内容

第2章转动惯量的测量方法

2.1转动惯量的概念

2.2转动惯量测量方法

2.2.1单线扭摆法

2.2.2复摆法

2.2.3三线摆法

2.2.4落体法

2.2.5扭摆法

2.3本章小结

第3章考虑阻尼的扭摆非线性运动方程

3.1扭杆扭摆法转动惯量测量系统测量原理

3.1.1测量设备结构

3.1.2转动惯量测量过程

3.2考虑摩擦力矩与空气阻力的非线性扭摆运动方程

3.2.1建立扭摆非线性运动方程

3.2.2扭摆第一行程顺时针运动过程分析及模拟仿真

3.2.3扭摆第一行程逆时针运动过程分析及模拟仿真

3.2.4扭摆其他行程运动过程分段仿真

3.2.5扭摆整体运动过程“分区——衔接”仿真

3.3本章小节

第4章基于相平面的转动惯量测量

4.1相平面相关概念

4.1.1相平面和相轨迹

4.1.2相轨迹的性质

4.2基于相平面法的扭摆能量耗散相关分析

4.2.1建立能量耗散方程

4.2.2能量耗散方程运动轨迹描述

4.2.3扭摆初始角与角度、角速度的关系

4.2.4扭摆运动过程的相平面图

4.3推导转动惯量表达式

4.4角速度计算方法

4.5求解最佳采样频率

4.6测量精度仿真研究

4.7本章小节

第5章扭摆位置偏移误差对测量的影响

5.1张量相关理论基础

5.1.1张量的定义

5.1.2转动惯量张量的引出

5.2利用数学工具张量讨论扭摆位置偏离误差

5.2.1转台转轴为任意轴的转动惯量描述

5.2.2利用张量讨论转台转轴为惯性主轴的位置倾斜误差

5.3位置偏移误差分析及仿真

5.3.1位置倾斜造成的误差分析及仿真

5.3.2位置平移造成的误差分析及仿真

5.3.3位置偏移综合误差分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致 谢