[发明专利]浮球平台液浮式球体配重方法

说明书

本发明提供了一种浮球平台液浮式球体配重方法，以实现球体在液体中所受重力与浮力相等，质心与球心重合。首先，根据球体结构进行质量配重，使球体重力接近浮力，然后在球体漂浮情况下利用外挂重物进行质心检测，计算出球体的质心位置和最大重力矩，最后根据球体质心位置对所配重量进行调整，并计算得出球体各坐标轴上需要调整的质量，使质心尽量靠近球心，使球体最大重力矩小于设定阈值。本发明提供方法能够适应不同密度的液体；外部辅助设备只需一块检测重物即可实现对球体重心的调整，操作简单；能够定量计算出质心位置和最大偏心距，便于球体的动力学建模。

技术领域

本发明涉及质心测量技术领域，具体的涉及一种浮球平台液浮式球体配重方法。

背景技术

物体的质量分布决定着物体的运动特性，尤其是物体的姿态运动。物体处于重力场中时，会受到重力的作用，重力可等效地作用在其质心(重心)上。若物体与其他静止的载体固连，载体与物体的相互作用力将会与物体的重力达到平衡，使物体处于静止状态，但是如果物体没有固连于静止的载体上，那么物体将会调整姿态，使其所受的力与重力达到力和力矩平衡，例如，漂浮于海面上的船体和沉入海面下的潜艇，它们均受到海水的浮力，需要通过配重使其形心(浮心)与重心处于同一对称截面上，以保证航行时的姿态稳定。又如，飞机在设计时需要考虑压心与质心的位置关系，以达到设计的机动性能。

浮球平台的球体作为浮球平台的稳定台体，其内部装有惯性测量设备、控制系统执行机构、泵及液体循环管路系统，由于各部件的装配位置不对称及各部件质量不相等，球体组装完成后球体的质心与球心不重合，导致球体重力对球心产生力矩，使球体自动翻滚到质心位于球心下方的自平衡位置。球体配重包括配质量和配质心。配质量是通过增加配重物对球体的重力进行调整，使球体重力与球体完全浸没在液体中的浮力相等，球体处于悬浮状态，以减小悬浮垫静压支承负担。但是，实际操作过程中无法实现球体所受浮力和重力严格相等，只能使球体完全浸没时的浮力与重力的差小于某个误差范围内，球体处于漂浮状态。配质心是通过调整配重的分布，使质心与形心(浮力的作用点)重合，消除重力矩，在不考虑球体变形的情况下，球心即为形心。但是，实际的操作无法使质心与球心无法严格重合，只能可通过调整质量分布使质心与球心的偏差小于某个误差限，从而保证球体的最大重力矩小于力矩器所能提供的控制力矩。

由于球体表面没有专门的可承受自身重量的挂点，而且球体需在液体中工作，因此，需采用液浮配重方式进行球体质量调整。现有的潜航器和船舶均通过配重使重心在形心以下，以保证载体的自稳定性，并未对球体的质心和球心之间的距离进行调整。浮球平台的球体完全浸没在液体中，需进行全姿态的稳定控制，因此球体配重需要达到两个指标：球体完全浸没时，其重力与浮力相等；球体质心与球心重合，使最大重力矩至少小于球体力矩器产生的控制力矩，以确保力矩器能够对球体的姿态进行控制。当然，实际操作没法实现重力与浮力的完全相等以及球体质心与球心的完全重合，但这可作为球体配重的目标，使重力尽量接近浮力，质心尽量靠近球心。

现有技术中缺乏球体漂浮状态下使球体质心尽量靠近球心的配重方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浮球平台液浮式球体配重方法，该发明解决了现有技术中球体漂浮状态下通过调整配重质量分布减小质心与球心距离的技术问题。

本发明提供一种浮球平台液浮式球体配重方法，能够实现浮球平台球体在漂浮状态下的配重，能够定量计算出质心位置和最大重力矩，便于球体的动力学建模和稳定控制，并且该方法适合于球体在不同密度的液体中的配重。

进一步地，计算出球体排开液体的体积V_p，根据所用悬浮液的密度ρ_l计算出球体悬浮时的质量M_d。

进一步地，通过质量配重使重力与球体悬浮时浮力的差值小于质量误差限。

进一步地，球体在液体中自然静止，确定坐标轴朝上的顺序，按朝上的坐标轴，从上到下依次编号，同时记录朝上的挂点是该轴的正向还是负向。