對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量的研究情況作了綜述,對(duì)三線擺法、扭擺法、落體法等轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量方法的測量原理及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),介紹了針對(duì)以上缺點(diǎn)的一種新的測量方法,預(yù)測該方法將代表轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量的發(fā)展方向。 

【文章來源】：宇航計(jì)測技術(shù). 2019,39(02)CSCD

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【圖文】：

扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量原理示意圖

歡ǖ木窒扌裕?硐衷?a)測量范圍較校該方法利用扭桿提供剛度構(gòu)建機(jī)械扭擺系統(tǒng)，只有在一定的范圍內(nèi)扭桿剛度才能保持不變，而且該范圍還必須與扭擺系統(tǒng)的適當(dāng)扭擺頻率基本保持一致，這個(gè)范圍較小，也就是該方法所做出的測量設(shè)備，其測量范圍較小;b)測量溯源性較差。該方法以扭擺系統(tǒng)的簡化理論模型為基礎(chǔ)，通過測量剛度恒定的扭擺系統(tǒng)的扭擺周期測量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。一般來說，周期的測量沒有問題，而系統(tǒng)的剛度及剛度恒定的要求在溯源上存在一定困難。2．2落體法測量原理及其優(yōu)缺點(diǎn)分析［20～22］2．2．1測量原理如圖2所示，通過機(jī)械或氣浮軸承，構(gòu)建可繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，將質(zhì)量、半徑已知的圓形測量平臺(tái)固定在轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上，并使測量平臺(tái)的圓心過轉(zhuǎn)軸，將吊線一端纏繞在圓盤上，一端通過等高的定滑輪懸掛一質(zhì)量塊，釋放質(zhì)量塊后，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)將作勻角加速度運(yùn)動(dòng)，被測對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按公式(2)計(jì)算。圖2落體法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量原理示意圖Fig．2PrincipleoffallmethodJ=m1gＲ－m1Ｒ2?″－T0?″－J0(2)式中:m1———落體的質(zhì)量，kg;Ｒ———圓形測量平臺(tái)半徑，m;?″———角加速度，rad/s2;T0———摩擦力矩，Nm;J0———圓形測量平臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)慣量，kgm2。2．2．2優(yōu)缺點(diǎn)分析落體法在物理試驗(yàn)、教育教學(xué)中有較多應(yīng)用，具有以下優(yōu)點(diǎn):a)理論清晰。以剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)為基本理論，與扭擺法的近似理論模型相比，具有理論清晰的突出優(yōu)點(diǎn);b)適用特殊場合。有的電機(jī)，不允許或不便于取出其轉(zhuǎn)子，無法知道其轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量和摩擦力矩。利用其他方法測其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量無能為力，只有落體法可以勝任;c)成本低廉。由于被測對(duì)象一般有自身的回轉(zhuǎn)軸，可以因地制宜，不需要添置特殊的測量裝置，成本?

l———懸線長度，m。圖3三線擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量原理示意圖Fig．3Principleofthreewirependulummethod2．3．2優(yōu)缺點(diǎn)分析三線擺法是應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):a)結(jié)構(gòu)簡單。為了測量被測對(duì)象，只需在空間上固定一個(gè)上圓盤，在上圓盤上懸掛三根線，即可對(duì)下圓盤或置于其上的被測對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行測量;b)操作簡便。懸掛后，一般用手即可驅(qū)動(dòng)被測對(duì)象扭擺，完成測量，操作十分簡便。三線擺法的應(yīng)用也有一定的局限性，具有以下優(yōu)點(diǎn):a)測量準(zhǔn)確度較低。該方法在實(shí)際操作過程中，容易出現(xiàn)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的耦合，影響測量準(zhǔn)確度;而且，該方法一般假定懸掛的三線為輕質(zhì)(質(zhì)量為0)，而實(shí)際情況下，由于被測對(duì)象的質(zhì)量影響，三線的質(zhì)量一般不能忽略，這也導(dǎo)致測量準(zhǔn)確度較低;b)等效條件較難滿足。用三線擺測量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有一定的先決條件，如扭擺角度小于6°，扭擺阻尼的影響，以及被測對(duì)象質(zhì)心與下圓盤之間的位置關(guān)系等等。3新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量測量方法及裝置2015年，北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所研究人員提出了一種新的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量方法，該方法通過主動(dòng)控制氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)作正弦扭擺，實(shí)時(shí)測量扭擺的角加速度和扭擺的驅(qū)動(dòng)力矩，完成扭擺轉(zhuǎn)臺(tái)上剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量，取得了較好的效果。3．1測量原理對(duì)于按一定頻率和幅值的正弦運(yùn)動(dòng)，不考慮風(fēng)阻及摩擦阻力的影響，可以根據(jù)公式(4)得到扭矩與角加速度的關(guān)系。M(t)=J·a(t)(4)式中:M(t)———對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩時(shí)域函數(shù)，Nm;a(t)———對(duì)轉(zhuǎn)軸的角加速度時(shí)域函數(shù)，rad/s2。3．2測量設(shè)備2016年9月，對(duì)該測量設(shè)備進(jìn)行實(shí)測，在1000kgm2和2200kgm2測量點(diǎn)附近，重復(fù)性達(dá)到0．006%。測量設(shè)備實(shí)物圖如圖4所示。圖4新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量設(shè)備Fig．4AnewtypeMOIdevice3．3?

【參考文獻(xiàn)】：
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