阻尼条件下转动惯量测量技术的研究

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转动惯量测量技术在许多领域都有着十分广泛的应用,测量过程中,以空气阻力为代表的外力作用会对刚体的运动状态造成影响,导致结果出现偏差,尤其是具有特殊形状和尺寸的飞行器产品,这一偏差更加明显。但是,在工程实践中,空气阻尼的影响往往被忽略。在各类转动惯量测量方法中,扭摆法具有承载质量大、精度高等优点,而且扭摆式转动惯量测量设备的技术成熟,产品型号齐全,可以满足各类测量需要。在传统扭摆法的基础上研究空气阻尼对转动惯量测量的影响具有重要的研究意义。空气阻力普遍存在于刚体运动中使得这项研究对其他相关技术领域也有一定的参考价值。本文依托于某国防军工科研项目,研究了阻尼条件下使用扭摆法测量转动惯量的相关技术。以扭摆法测量原理为基础,分析运动中空气阻尼比与物体转动惯量的定量关系。通过考察现有的阻尼比测量方法,在自由衰减法的基础上提出了优化的曲线拟合算法以测量空气阻尼比。分析转动惯量线性模型,给出了测量扭摆运动振荡曲线的光栅弧长法原理。搭建了转动惯量测量硬件设备并开发了操作软件,设计研制了平板型实验样件以模拟实际工程中的复杂形状物体。根据研究的测量技术确定实验方案和具体步骤,使用测量系统软硬件设备和实验器材完成了大量阻尼条件下的转动惯量测量实验。总结实验数据,分析空气阻尼对转动惯量测量结果的影响,以及阻尼比与实验对象的物理参数和姿态位置等条件的关系与变化规律。利用实验结果,推导了基于空气阻尼比的转动惯量测量误差补偿算法,研究了测量结果的修正方法。通过对比实验数据和修正结果,以图表的形式表明了该算法的补偿效果。
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