文 献 综 述
- 前言
弹箭的质心又称为重心，在弹箭在实际制造过程中，由于制造材料密度分布不均、零件的加工误差、部件装配误差、内部装填物的分布不均以及引信结构本身的偏心，都会导致弹箭整体质量分布不均匀，质心会在轴向偏离设计位置，同时也会偏离弹箭的旋转轴产生偏心距。质心的轴向位置会影响到弹箭飞行时的章动角，章动角越大，会导致空气阻力的增大，最终会影响射程，并直接影响弹箭的飞行速度和稳定性。而偏心距会影响到弹箭的飞行轨道，最终会影响弹箭的命中率。
转动惯量是描述刚体转动时惯性大小的物理量，它只和刚体质量分布以及转轴的位置有关。弹箭的转动惯量对它的起始扰动和飞行稳定性以及其他外弹道性能有着重要影响，测量出弹箭的转动惯量可以检验弹箭成品是否符合设计要求，并可为弹箭的研究设计、弹箭的飞行姿态计算和射击结果分析以及弹箭的不平衡度计算提供原始数据，同时也可为弹箭形状的优化提供重要信息。
质心、转动惯量是刚体最重要的物理量之一，影响着很多机械零件、飞行器等结构的力学性能和特性，转动惯量测量的重要性不言而喻。本次课题在对以往转动惯量测量装置进行研究对比的基础上，针对一定质量和长度范围内的长杆体设计出一种基于转动惯量测量原理的赤道转动惯量和质量、质心的测试平台。
- 研究背景与意义
质心、转动惯量是物体的固有属性，是物体绕固定轴转动时惯性的度量。在研究、设计和控制物体绕固定轴转动的过程中，转动惯量是一种不可或缺的重要工程技术参数。同时在汽车发动机、精密仪器、电机转子、机械部件和枪弹炮弹等研发的中，转动惯量的测量也都是十分重要的。例如，在国防科技工业中，为了解导弹在发射时和飞行时的扰动，须对火箭弹和各种导弹等飞行器的转动惯量进行测量。在航天工业中，为了确定产品的设计和性能是否达到指标，就要对人造卫星、空间站和载人飞船等空天飞行器的转动惯量进行测量；在航空工业中，为使所研制的飞机获得更优秀的性能，就要对飞机的转动惯量进行测量，获得转动惯量的值作为设计改进的数据基础。
通过对本课题长杆体转动惯量测试平台结构设计的学习，可以充分了解相关小型对称旋转体的转动惯量测试方法和相关领域的发展现状、应用背景、特点及优劣；掌握典型机械结构的设计理论、设计方法和常用的设计工具；对机械设计、机电一体化、测控及自动化等相关专业知识点有更进一步的学习和掌握；能根据检测要求分析仪器的结构设计特点，从而提高其总体设计能力和科研能力。
- 国内外转动惯量测量装置研究现状
3.1 国内发展现状
弹箭的质量测量普遍采用称重法；目前对于质心测量方法有很多种，如悬挂法、反作用力法、不平衡力矩法、多支点称重法、旋转平衡法、惯量法等；偏心主要针对回转体而言，是质心测量方法在回转体中的应用，多支点平衡法、旋转平衡法以及惯量法都可以进行回转体的偏心测量。上述各种方法的应用对象和应用环境各有不同。
悬挂法可测量规则与不规则物体的质心，但一般只能测量小型的物体。测量原理如图3.1所示，被测物体两端分别与两条悬挂绳连接，然后悬挂在一挂钩上，通过悬挂点的竖直线必然通过被测物体的质心。改变两条悬挂绳的长度，又可以找到一条通过质心的竖直线。两条竖直线的交叉点即为这个投影面内的质心位置。可以用同样的方法测得另外一个投影面内的质心位置。综合两个投影面就可以得到某一个方向的质心位置
反作用力法可应用于大型的物体，如车辆。测量原理如图3.2所示，被测物体被固定在一平台上面，平台一端是转轴，另一端是起吊端，带有测力传感器。测量时起吊端起吊，使平台和水平面形成一个角度，根据力矩平衡可得到通过质心的竖直线位置：
