一种高精度弹体质心测量方法发明专利

专利名称：一种高精度弹体质心测量方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111305297.9

专利申请（专利权）人：河北汉光重工有限责任公司
权利人地址：河北省邯郸市经济开发区和谐大街8号

专利发明（设计）人：张振华,孟凡强,井世丽,刘斌,周立媛,刘艳

专利摘要：本发明提供了一种高精度弹体质心测量方法，在支板侧面分别安装固定测量体和弹体，通过两次测力，利用力矩平衡原理，实现了弹体的质心测量，无需安装多个传感器，操作、观察和数据处理方便，成本低；测量体的重力与弹体的重力相等，避免了因两者重力不等带来的误差，提高了测量精度；本发明测量时在力矩平衡分析中考虑了摩擦力矩，采用电子测力计测量拉力，有效提高了测量精度；本发明不仅适用于弹体对称外形方向的质心测量，而且适用于弹体非对称外形方向的质心测量。

主权利要求：
1.一种弹体质心测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤0、搭建测量装置：测量装置包括基座(1)、轴承(2)、转轴(3)、支板(4)、平衡体(5)、拉绳(6)、电子测力计(7)及水准仪(8)；其中，基座(1)固定在地面上，基座(1)与转轴(3)通过轴承(2)连接，转轴(3)的回转中心线与水平面平行，支板(4)与转轴(3)固定，支板(4)的左侧面用于以安装固定弹体(11)或测量体(9)，支板(4)的左侧面与支板(4)上表面垂直，支板(4)的左侧面与转轴(3)的回转中心线平行，支板(4)的左侧面和转轴(3)回转中心线距离记为L2，水准仪(8)、平衡体(5)安装在支板(4)的右侧，水准仪(8)的水准轴与转轴(3)的回转中心线垂直，水准仪(8)的水准轴与支板(4)上表面平行；拉绳(6)与支板(4)右侧端部固定，拉绳(6)固定点和支板(4)上表面的距离等于转轴(3)回转中心线和支板(4)上表面的距离，拉绳(6)固定点和转轴(3)回转中心线距离记为L1，电子测力计(7)与拉绳(6)连接；
步骤1、沿远离转轴(3)的回转中心线方向向右滑动平衡体(5)，至水准仪(8)水平，锁紧平衡体(5)；
步骤2、将测量体(9)安装固定在支板(4)的左侧面，安装时保证测量体(9)的后端面与支板(4)的左侧面靠紧，其中测量体(9)的重力，记为G1，弹体(11)的重力记为G2；测量体质心(10)到测量体(9)的后端面距离已知，记为A；
步骤3、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F1，测量转动时的最大静摩擦力矩为M1；
步骤4、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F1·L1)‑G1·(L2+A)‑M1＝0(1)
步骤5、将测量体(9)从支板(4)的左侧面拆下，将弹体(11)安装固定在支板(4)的左侧面，安装时保证弹体(11)的后端面与支板(4)的左侧面靠紧,其中弹体质心(12)到弹体(11)的后端面距离为未知，记为B；
步骤6、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F2，测量此时转动的最大静摩擦力矩，记为M2；
步骤7、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F2·L1)‑G2·(L2+B)‑M2＝0(2)
步骤8、解方程式(1)、(2)组合，计算出弹体质心(12)到弹体(11)后端面的距离B。
2.如权利要求1所述的一种弹体质心测量方法，其特征在于，将测量体(9)加工成匀质长方体。
3.如权利要求2所述的一种弹体质心测量方法，其特征在于，测量体(9)与弹体(11)外形一致。
4.如权利要求1所述的一种弹体质心测量方法，其特征在于，还包括安装板，固连在支板(4)的左侧，用于安装测量体(9)或者弹体(11)。
5.一种弹体质心测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤0、搭建测量装置：测量装置包括基座(1)、轴承(2)、转轴(3)、支板(4)、平衡体(5)、拉绳(6)、电子测力计及水准仪(8)；其中，基座(1)固定在地面上，基座(1)与转轴(3)通过轴承(2)连接，转轴(3)的回转中心线与水平面平行，支板(4)与转轴(3)固定，支板(4)的左侧面用于以安装固定弹体(11)或测量体(9)，支板(4)的左侧面与支板(4)上表面垂直，支板(4)的左侧面与转轴(3)的回转中心线平行，支板(4)的左侧面和转轴(3)回转中心线距离记为L2，水准仪(8)、平衡体(5)安装在支板(4)的右侧，水准仪(8)的水准轴与转轴(3)的回转中心线垂直，水准仪(8)的水准轴与支板(4)上表面平行；拉绳(6)与支板(4)右侧端部固定，拉绳(6)固定点和支板(4)上表面的距离等于转轴(3)回转中心线和支板(4)上表面的距离，拉绳(6)固定点和转轴(3)回转中心线距离记为L1，电子测力计(7)与拉绳(6)连接；
步骤1、沿远离转轴(3)的回转中心线方向向右滑动平衡体(5)，至水准仪(8)水平，锁紧平衡体(5)；
步骤2、将测量体(9)安装固定在支板(4)的左侧面，安装时保证测量体(9)的后端面与支板(4)的左侧面靠紧，其中采用与弹体(11)质量相等的测量，两者重力记为G；测量体质心(10)到测量体(9)的后端面距离已知，记为A；
步骤3、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F1，此时转动时的最大静摩擦力矩为M；
步骤4、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F1·L1)‑G·(L2+A)‑M＝0(1)
步骤5、将测量体(9)从支板(4)的左侧面拆下，将弹体(11)安装固定在支板(4)的左侧面，安装时保证弹体(11)的后端面与支板(4)的左侧面靠紧,其中弹体质心(12)到弹体(11)的后端面距离为未知，记为B；
步骤6、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F2，此时转动的最大静摩擦力矩也为M；
步骤7、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：
(F2·L1)‑G·(L2+B)‑M＝0(2)
步骤8、解方程式(1)、(2)组合，计算出弹体质心(12)到弹体(11)后端面的距离B。
6.如权利要求5所述的一种弹体质心测量方法，其特征在于，将测量体(9)加工成匀质长方体。
7.如权利要求6所述的一种弹体质心测量方法，其特征在于，测量体(9)与弹体(11)外形一致。
8.如权利要求5所述的一种弹体质心测量方法，其特征在于，还包括安装板，固连在支板(4)的左侧，用于安装测量体(9)或者弹体(11)。 说明书 : 一种高精度弹体质心测量方法技术领域[0001] 本发明属于质心测量技术领域，具体涉及一种高精度弹体质心测量方法。背景技术[0002] 在导弹、火箭弹及其分系统研制各阶段经常需要测量质心，现有质心测量方法多数利用多点称重原理，需要在被测物不同部位安装多个传感器同时测量，并对多个传感器测量数据进行综合处理后才能计算出质心，测量过程复杂，成本高，测量数据量大，计算过程繁琐，甚至需要配备专用处理数据计算机或处理器。而采用力矩平衡原理的一些现有专利也存在缺点，有的质心测量时在力矩平衡分析中忽略了摩擦力矩，造成测量误差很大；有的质心测量装置和方法只适用于对称结构体，不适用于导弹非对称外形方向上的质心测量。发明内容[0003] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种高精度弹体质心测量方法，可以采用简单装置和方法，精确测量弹体质心。[0004] 一种弹体质心测量方法，包括如下步骤：[0005] 步骤0、搭建测量装置：测量装置包括基座(1)、轴承(2)、转轴(3)、支板(4)、平衡体(5)、拉绳(6)、电子测力计(7)及水准仪(8)；其中，基座(1)固定在地面上，基座(1)与转轴(3)通过轴承(2)连接，转轴(3)的回转中心线与水平面平行，支板(4)与转轴(3)固定，支板(4)的左侧面用于以安装固定弹体(11)或测量体(9)，支板(4)的左侧面与支板(4)上表面垂直，支板(4)的左侧面与转轴(3)的回转中心线平行，支板(4)的左侧面和转轴(3)回转中心线距离记为L2，水准仪(8)、平衡体(5)安装在支板(4)的右侧，水准仪(8)的水准轴与转轴(3)的回转中心线垂直，水准仪(8)的水准轴与支板(4)上表面平行；拉绳(6)与支板(4)右侧端部固定，拉绳(6)固定点和支板(4)上表面的距离等于转轴(3)回转中心线和支板(4)上表面的距离，拉绳(6)固定点和转轴(3)回转中心线距离记为L1，电子测力计(7)与拉绳(6)连接；[0006] 步骤1、沿远离转轴(3)的回转中心线方向向右滑动平衡体(5)，至水准仪(8)水平，锁紧平衡体(5)；[0007] 步骤2、将测量体(9)安装固定在支板(4)的左侧面，安装时保证测量体(9)的后端面与支板(4)的左侧面靠紧，其中测量体(9)的重力，记为G1，弹体(11)的重力记为G2；测量体质心(10)到测量体(9)的后端面距离已知，记为A；[0008] 步骤3、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F1，测量转动时的最大静摩擦力矩为M1；[0009] 步骤4、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：[0010] (F1·L1)‑G1·(L2+A)‑M1＝0(1)[0011] 步骤5、将测量体(9)从支板(4)的左侧面拆下，将弹体(11)安装固定在支板(4)的左侧面，安装时保证弹体(11)的后端面与支板(4)的左侧面靠紧,其中弹体质心(12)到弹体(11)的后端面距离为未知，记为B；[0012] 步骤6、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F2，测量此时转动的最大静摩擦力矩，记为M2；[0013] 步骤7、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：[0014] (F2·L1)‑G2·(L2+B)‑M2＝0(2)[0015] 步骤8、解方程式(1)、(2)组合，计算出弹体质心(12)到弹体(11)后端面的距离B。[0016] 一种弹体质心测量方法，包括如下步骤：[0017] 步骤0、搭建测量装置：测量装置包括基座(1)、轴承(2)、转轴(3)、支板(4)、平衡体(5)、拉绳(6)、电子测力计及水准仪(8)；其中，基座(1)固定在地面上，基座(1)与转轴(3)通过轴承(2)连接，转轴(3)的回转中心线与水平面平行，支板(4)与转轴(3)固定，支板(4)的左侧面用于以安装固定弹体(11)或测量体(9)，支板(4)的左侧面与支板(4)上表面垂直，支板(4)的左侧面与转轴(3)的回转中心线平行，支板(4)的左侧面和转轴(3)回转中心线距离记为L2，水准仪(8)、平衡体(5)安装在支板(4)的右侧，水准仪(8)的水准轴与转轴(3)的回转中心线垂直，水准仪(8)的水准轴与支板(4)上表面平行；拉绳(6)与支板(4)右侧端部固定，拉绳(6)固定点和支板(4)上表面的距离等于转轴(3)回转中心线和支板(4)上表面的距离，拉绳(6)固定点和转轴(3)回转中心线距离记为L1，电子测力计(7)与拉绳(6)连接；[0018] 步骤1、沿远离转轴(3)的回转中心线方向向右滑动平衡体(5)，至水准仪(8)水平，锁紧平衡体(5)；[0019] 步骤2、将测量体(9)安装固定在支板(4)的左侧面，安装时保证测量体(9)的后端面与支板(4)的左侧面靠紧，其中采用与弹体(11)质量相等的测量，两者重力记为G；测量体质心(10)到测量体(9)的后端面距离已知，记为A；[0020] 步骤3、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F1，此时转动时的最大静摩擦力矩为M；[0021] 步骤4、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：[0022] (F1·L1)‑G·(L2+A)‑M＝0(1)[0023] 步骤5、将测量体(9)从支板(4)的左侧面拆下，将弹体(11)安装固定在支板(4)的左侧面，安装时保证弹体(11)的后端面与支板(4)的左侧面靠紧,其中弹体质心(12)到弹体(11)的后端面距离为未知，记为B；[0024] 步骤6、通过电子测力计(7)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(8)水平，记录此时电子测力计(7)示数，记为F2，此时转动的最大静摩擦力矩也为M；[0025] 步骤7、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：[0026] (F2·L1)‑G·(L2+B)‑M＝0(2)[0027] 步骤8、解方程式(1)、(2)组合，计算出弹体质心(12)到弹体(11)后端面的距离B。[0028] 较佳的，将测量体(9)加工成匀质长方体。[0029] 较佳的，测量体(9)与弹体(11)外形一致。[0030] 较佳的，还包括安装板，固连在支板(4)的左侧，用于安装测量体(9)或者弹体(11)。[0031] 本发明具有如下有益效果：[0032] 本发明提供了一种高精度弹体质心测量方法，在支板侧面分别安装固定测量体和弹体，通过两次测力，利用力矩平衡原理，实现了弹体的质心测量，无需安装多个传感器，操作、观察和数据处理方便，成本低；[0033] 测量体的重力与弹体的重力相等，避免了因两者重力不等带来的误差，提高了测量精度；本发明测量时在力矩平衡分析中考虑了摩擦力矩，采用电子测力计(7)测量拉力，有效提高了测量精度；[0034] 本发明不仅适用于弹体对称外形方向的质心测量，而且适用于弹体非对称外形方向的质心测量。附图说明[0035] 图1为本发明一种高精度弹体质心测量装置示意图。[0036] 图2为本发明安装测量体第一次测量示意图。[0037] 图3为本发明安装弹体第二次测量示意图。[0038] 其中，1‑基座，2‑轴承，3‑转轴，4‑支板，5‑平衡体，6‑拉绳，7‑电子测力计，8‑水准仪，9‑测量体，10‑测量体质心，11‑弹体，12‑弹体质心。具体实施方式[0039] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。[0040] 本发明提供一种高精度弹体质心测量方法，包括如下步骤：[0041] 步骤0、搭建测量装置：如图1所示，所述测量装置包括基座1、轴承2、转轴3、支板4、平衡体5、拉绳6、电子测力计7、水准仪8，其中，基座1固定在地面上，基座1与转轴3通过轴承2连接，转轴3的回转中心线与水平面平行，支板4与转轴3固定，支板4的左侧面可以安装固定弹体11或测量体9，支板4的左侧面与支板4上表面垂直，支板4的左侧面与转轴3的回转中心线平行，支板4的左侧面和转轴3回转中心线距离记为L2，水准仪8、平衡体5安装在支板4的右侧，水准仪8的水准轴与转轴3的回转中心线垂直，水准仪8的水准轴与支板4上表面平行，平衡体5可以在支板4右侧滑动和锁紧，拉绳6与支板4固定，拉绳6固定点和支板4上表面的距离等于转轴3回转中心线和支板4上表面的距离，拉绳6固定点和转轴3回转中心线距离记为L1，电子测力计7与拉绳6连接。[0042] 步骤1、不安装弹体11，拉绳6不拉紧或不安装电子测力计7，沿远离转轴3的回转中心线方向向右滑动平衡体5，至水准仪8水平，锁紧平衡体5；[0043] 步骤2、如图2所示，将测量体9安装固定在支板4的左侧面，安装时保证测量体9的后端面与支板4的左侧面靠紧，其中测量体9的重力，记为G1，弹体11的重力记为G2；测量体质心10到测量体9的后端面距离已知，记为A；[0044] 步骤3、通过电子测力计7沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪8水平，记录此时电子测力计7示数，记为F1，测量转动时的最大静摩擦力矩为M1；[0045] 步骤4、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：[0046] (F1·L1)‑G1·(L2+A)‑M1＝0(1)[0047] 步骤5、如图3所示，测量体9从支板4的左侧面拆下，将弹体11安装固定在支板4的左侧面，安装时保证弹体11的后端面与支板4的左侧面靠紧,其中弹体质心12到弹体11的后端面距离为未知，记为B；[0048] 步骤6、通过电子测力计7沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪8水平，记录此时电子测力计7示数，记为F2，测量此时转动的最大静摩擦力矩，记为M2；[0049] 步骤7、依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：[0050] (F2·L1)‑G2·(L2+B)‑M2＝0(2)[0051] 步骤8、解方程式(1)、(2)组合，计算出弹体质心12到弹体11后端面的距离为：[0052][0053] 为了简化测量步骤和计算步骤，本发明还可选择与弹体质量一致的测量体，两者重力记为G；当两者重力相等，则可不用测量最大摩擦力矩，作为未知数M，代入步骤4，平衡方程式为：[0054] (F1·L1)‑G·(L2+A)‑M＝0(1)[0055] 代入步骤7，则力学平衡方程式如下：[0056] (F2·L1)‑G·(L2+B)‑M＝0(2)[0057] 步骤8、解方程式(1)、(2)组合，计算出弹体质心12到弹体11后端面的距离为：[0058] B＝[A‑(F1‑F2)·L1/G]。[0059] 另外，为了方便安装和测量，将测量体加工成匀质长方体，最好与弹体外形一致，可提高测量精度。[0060] 为方便安装测量体和弹体，支板4的左侧固连一个安装板。[0061] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：河北

专利申请日期：2021-11-05

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114184319B