一种惯性力对应变式天平测量结果影响的修正装置及方法与流程

本发明属于导弹挂飞试验测试，具体涉及一种惯性力对应变式天平测量结果影响的修正装置及方法。

背景技术：

1、导弹与载机间的气动干扰影响载机的性能和操纵，其挂飞载荷不仅是设计悬挂装置与支撑结构的必要输入，还会影响武器分离的初始状态、安全性和投放的准确性等，导弹及导弹发射架等外挂物的强度计算需要以外挂物在母机的气流干扰中的气动载荷为依据，由于飞行实测的复杂性，国内导弹的挂飞载荷主要依靠风洞外挂测试试验结果及cfd流体仿真软件计算结果，影响外挂干扰的因素多而复杂，试验、计算模拟条件和真实飞行条件之间存在一定的误差，试验、计算的结果往往和导弹实际飞行时气动载荷有一定误差，需要相关的修正方法才能和导弹实际飞行时气动载荷相符。

2、据国外资料表明，欧洲在某战机上进行的挂飞载荷研究表明，外挂物实际投放试验结果与用实测载荷预测的分离投放轨迹十分吻合与用风洞数据预测的结果则存有一定的差异，研究和掌握挂飞载荷实测技术，获取验证和优化设计的飞行实测数据显得尤为重要。

3、目前国内在长期深入研究的基础上，确定采用内式六分量应变天平实测导弹挂飞载荷及气动力载荷，挂飞测试时母机中装有陀螺仪和加速度计器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，导弹的惯性载荷可以用导弹的质量和陀螺仪中的加速度乘积得到天平测量的载荷为导弹的气动力和惯性力之和，扣除掉惯性力可以得到导弹的气动力，现代战斗机具有机动性高，过载大，飞行动压大等特点，战斗机在做转弯、盘旋、曲线等大机动飞行时会产生很大的加速度，最大可以达到9g至10g，外挂弹模型和母机一同运动，会产生同样的加速度及产生很大的惯性力，采用应变式六分量天平测量导弹挂飞实测时气动载荷试验，天平测量的载荷扣除外挂弹模型惯性力后可以得到气动载荷，忽略了应变式天平本身也具有同样的加速度，应变式天平由一块高强度钢整体加工而成，天平结构复杂、紧凑，天平测量端及天平主体结构上产生的惯性力，会对天平测量准度产生一定的影响。

4、针对上述问题，亟待设计的一种惯性力对应变式天平测量结果影响的修正装置及方法，用于精确的得到外挂弹模型在挂飞实测时纯净的气动载荷。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是在外挂弹模型挂飞实测时，天平惯性力对天平自身测量结果产生影响导致无法精确的得到纯净的气动载荷，提出一种惯性力对应变式天平测量结果影响的修正装置及方法。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、方案一：一种惯性力对应变式天平测量结果影响的修正装置，包括：滚转运动电机、角接触球轴承、运动支架、运动轴、转接法兰、x方向天平连接座、滑块、滑轨、深沟球轴承、轴向运动偏心轴、平台、轴向运动电机和y-z方向天平连接座，所述运动支架通过滑块和滑轨与平台滑动连接，运动轴通过两个角接触球轴承转动连接在运动支架内，滚转运动电机安装在运动支架的侧端面上，且滚转运动电机输出端与运动轴一端传动连接，运动轴另一端通过转接法兰与x方向天平连接座或y-z方向天平连接座连接，x方向天平连接座和y-z方向天平连接座上均安装有六分量天平，所述运动支架下端面设置有滑槽，滑槽的长度方向为y轴方向设置，所述轴向运动偏心轴的上端通过深沟球轴承与滑槽配合，轴向运动电机安装在平台内部，轴向运动偏心轴偏心设置在轴向运动电机的输出端上。

4、进一步的，所述滚转运动电机通过滚转电机安装座安装在运动支架的侧端面上，所述轴向运动电机通过轴向运动电机安装座安装在平台内部。

5、进一步的，所述滚转运动电机输出端上设置有减速器，且减速器输出端通过多个紧定螺钉与运动轴传动连接，所述滚转电机安装座上圆周阵列设置有多个锁紧空槽。

6、方案二：一种依托于方案一中装置实现的惯性力对应变式天平测量结果影响的修正方法，该方法包括如下步骤：

7、s1、确定天平沿自身x轴方向、y轴方向、z轴方向的线加速度ax、ay和az；

8、s2、确定天平绕自身x轴方向、y轴方向、z轴方向的角加速度βx、βy和βz；

9、s3、通过测试试验得到沿自身x轴方向、y轴方向、z轴方向的天平惯性力试验载荷fx、fy、fz和绕x轴方向、y轴方向、z轴方向的天平惯性力试验载荷mx、my、mz，结合线加速度ax、ay、az以及角加速度βx、βy、βz之间的系数关系矩阵；

10、s4、通过沿x轴、y轴、z轴方向的试验线加速度ax2、ay2、az2，以及绕x轴、y轴、z轴方向的试验角加速度βx2、βy2、βz2结合上述的系数关系求解获得天平沿自身x轴方向、y轴方向、z轴方向的天平惯性力修正载荷fx2、fy2、fz2和绕x轴方向、y轴方向、z轴方向的天平惯性力修正载荷mx2、my2、mz2；

11、s5、挂飞试验时，通过天平获取天平测量载荷，按照s4获取的天平惯性力修正载荷，天平测量载荷依次扣除外挂弹模型惯性载荷和天平惯性力修正载荷得到被测试外挂弹模型纯净的气动载荷。

12、进一步的，所述s1的具体方法为：

13、根据被测试外挂弹模型的各方向线加速度，确定轴向运动偏心轴偏心距l和轴向运动电机转速n，单位为转/分钟；

14、轴向电机角频率公式：；

15、t为电机运行时间；

16、为轴向运动位移的一阶导数；

17、为轴向运动位移的二阶导数；

18、轴向运动电机运行角度；

19、轴向运动位移；

20、轴向运动速度；

21、轴向运动加速度；

22、根据轴向运动加速度公式获得天平沿自身x轴方向的线加速度为ax、天平沿自身y轴方向的线加速度为ay和天平沿自身z轴方向的线加速度为az。

23、进一步的，所述s2的具体方法为：

24、根据被测试外挂弹模型的各方向角加速度，设定电机运行角度曲线；

25、电机滚转定值角速度；

26、为电机滚转振动振幅；

27、滚转运动电机运行角度；

28、电机滚转角速度；

29、绕轴向运动角加速度；

30、根据绕轴向运动角加速度公式获得天平绕自身x轴方向的角加速度为βx、天平绕自身x轴方向的角加速度为βy和天平绕自身x轴方向的角加速度为βz。

31、进一步的，所述s3的具体方法为：

32、通过测试试验获取天平沿自身x轴方向、y轴方向、z轴方向的天平惯性力试验载荷fx、fy、fz以及绕x轴方向、y轴方向、z轴方向的天平惯性力试验载荷mx、my、mz与沿自身x轴方向、y轴方向、z轴方向的线加速度ax、ay、az以及绕自身x轴方向、y轴方向、z轴方向的角加速度βx、βy、βz组成关系系数，

33、fx与ax系数关系为；x与ay系数关系为；x与az系数关系为；x与βx系数关系为；x与βy系数关系为；x与βz系数关系为；

34、fy与ax系数关系为；y与ay系数关系为；y与az系数关系为；y与βx系数关系为；y与βy系数关系为；y与βz系数关系为；

35、fz与ax系数关系为；z与ay系数关系为；z与az系数关系为；z与βx系数关系为；z与βy系数关系为；z与βz系数关系为；

36、mx与ax系数关系为；mx与ay系数关系为；mx与az系数关系为；mx与βx系数关系为；mx与βy系数关系为；mx与βz系数关系为；

37、mz与ax系数关系为；mz与ay系数关系为；mz与az系数关系为；mz与βx系数关系为；mz与βy系数关系为；mz与βz系数关系为；

38、my与ax系数关系为；my与ay系数关系为；my与az系数关系为；my与βx系数关系为；my与βy系数关系为；my与βz系数关系为；

39、由系数关系组成fx、fy、fz、mx、my和mz为首行，ax、ay、az、βx、βy和βz为首列的矩阵。

40、进一步的，所述s4的具体方法为：

41、在挂飞试验时，在挂飞外挂弹模型内安装一个三轴加速度计用来获取外挂弹模型试验时沿x轴、y轴、z轴方向的试验线加速度ax2、ay2、az2和绕x轴、y轴、z轴方向的试验角加速度βx2、βy2、βz2；

42、结合所述s3中修正力和力矩与线加速度和角加速度的系数关系，通过下述公式：

43、；

44、；

45、；

46、；

47、；

48、；

49、获取天平沿自身x轴方向、y轴方向、z轴方向的天平惯性力修正载荷fx2、fy2、fz2和绕x轴方向、y轴方向、z轴方向的天平惯性力修正载荷mx2、my2、mz2。

50、进一步的，所述s5的具体方法为：

51、所述天平测量载荷为飞行试验中天平测量的载荷值；

52、外挂弹模型惯性载荷=外挂弹模型质量外挂弹模型加速度；

53、纯净的气动载荷=天平测量载荷-外挂弹模型惯性载荷-天平惯性力修正载荷。

54、本发明的有益效果为：

55、本发明通过运动支架通过滑块和滑轨与平台滑动连接，运动轴通过两个角接触球轴承转动连接在运动支架内，滚转运动电机安装在运动支架的侧端面上，且滚转运动电机输出端与运动轴一端传动连接，运动轴另一端通过转接法兰与x方向天平连接座或y-z方向天平连接座连接，x方向天平连接座和y-z方向天平连接座上均安装有六分量天平，所述运动支架下端面设置有滑槽，滑槽的长度方向为y轴方向设置，所述轴向运动偏心轴的上端通过深沟球轴承与滑槽配合，轴向运动电机安装在平台内部，轴向运动偏心轴偏心设置在轴向运动电机的输出端上实现了直线往复振动和回转往复振动，可以驱动应变式六分量天平分别实现直线正弦振动和回转正弦振动，进而实现应变式六分量天平在线位移和角位移方向上的惯性力模拟；

56、本发明可以通过驱动运动电机和轴向运动电机，分别实现直线往复振动和回转振动，轴向运动偏心轴可以实现不同振幅的调整；通过x方向天平连接座和y-z方向天平连接座可以分别实现沿自身z方向直线往复振动和绕自身z轴方向俯仰振动和沿自身y方向直线往复振动和绕自身y轴方向偏航振动；

57、本发明在六分量天平在加速运动过程中，通过惯性力对应变式天平测量结果影响的修正方法，实现不同振幅的调整，获取外挂弹模型纯净的气动载荷，进而修正天平惯性力对天平自身的影响，提高在导弹实测挂飞试验中天平测量的精准度，为导弹挂飞试验提供准确纯净的气动载荷测试结果，为导弹挂飞试验中导弹的强度设计和外形优化提供的试验数据；

58、本发明可以应用于导弹挂飞试验测试技术领域和其他动态试验测试技术领域，例如风洞动态试验技术、火箭撬气动测试试验技术，螺旋桨测试技术等领域，环境适用性和实用性较强，具有广泛的市场应用前景和良好的社会效益，填补了国内相关技术的空白。