一种大型弹箭动平衡测量系统及设计

摘要：讨论了一种方法来实现大型重物的动平衡测量，该方法设计了一个转台，用两根弹簧来感受不平衡量，使用传感器采集振动位移信号，转化为电信号进行测量。通过进行不平衡量的测量理论推导，得出输出波形与转台安放传感器处所受的力之间的关系。
关键词：大型弹箭；动平衡；测量系统

0 引言
大型箭弹零部件在加工及装配过程中，总存在尺寸、形状及位置误差。这些误差的存在，使得装配后的火箭弹质心位置偏离全弹几何纵轴，且惯性主轴与几何纵轴不重合，即产生质量偏心距，静不平衡和动不衡度。由于各种加工、装配误差的或然性，使得每发火箭弹的质量偏心距和动不平衡角有不同的大小和相位，动静不平衡度的随机分布将会使火箭弹产生落点散布，其散布效应影响其飞行控制和命中精度。散布效应是飞行物体偏离其预定轨道的统计偏差。而其质量分布不均是引起其散布的重要原因，所以这类飞行物体的双面立式动平衡是测量其质量特性的关键一环。通过动平衡测试并建立空间坐标系，可以求出飞行物体的主惯性轴方程，进而可以求出其主惯性轴与几何形心轴线之间的夹角。通过了解飞行物体的质量特性，可以改进装配和加工工艺，可有效提高飞行物体弹道曲线控制精度。同时，弹箭动不平衡质量还影响弹丸膛内运动的正确性、膛壁的受力及其磨损，最终影响火炮寿命，因此测定弹箭动不平衡参数在弹箭弹道试验前是必须进行的。
但是，有的弹箭质量重、体积庞大，用通常的卧式旋转方法就无法实现，本文针对这种情况设计了一种立式的测量方法来实现大型重物的动平衡测量。

1 大型弹箭动平衡测量系统及设计
对于大型弹箭这类旋转物体，由于其没有转动支撑部位，不能采用常规的动平衡测量方法来进行校正，而且其允许的转速又很低，所以针对这种特殊性，设计一个转台，用过渡盘将工件和转台联结起来，用两根弹簧作为整套系统的弹性元件。当转台连同工件一起转动时，由弹簧来感受其不平衡量。在与弹簧相连的支架外端处安装二只电涡流传感器，将支架在转台转动时产生的振动位移信号转变为电信号进行测量。
把待测工件安装在平衡测试设备上，用涡流传感器监测弹簧的变形，并选定工件上I—I，Ⅱ一Ⅱ为校正平面(见图1)。在安装调整标定工作完成之后，启动设备以极低的转速稳定旋转。由于转速非常低，而工件不平衡产生的不平衡惯性力和惯性力矩与转速的平方成正比，故其近似为零。此时在工件上的静不平衡量是由重力偏心引起的，此时弹簧变形响应信号可以测出，重力的偏心距就可以得到了。

2 不平衡量的测量理论推导
由剐性转子二面平衡原理，可以假设下面的模型来推导不平衡量是怎样反映到输出波形上的。