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第1章 气浮台用途、构成及分类1

1.1 气浮台的用途1

1.2 气浮台的构成5

1.2.1 气浮轴承5

1.2.2 模拟卫星或称台体7

1.2.3 目标模拟器7

1.2.4 气浮台姿态测角装置8

1.2.5 自动平衡系统8

1.2.6 其他辅助系统9

1.3 气浮台分类9

1.3.1 单轴气浮台9

1.3.2 平面气浮台10

1.3.3 旋转气浮台10

1.3.4 组合气浮台11

第2章 气浮台的国内外研究现状14

2.1 气浮台的国外研究现状14

2.2 气浮台的国内研究现状24

2.3 气浮台台体结构的国内外研究现状27

2.3.1 桌面式结构28

2.3.2 伞形结构30

2.3.3 哑铃型结构34

2.3.4 “戴森”球形结构35

2.4 气浮台转动惯量测量的国内研究现状37

2.5 气浮台转动惯量测量的国外研究现状40

第3章 三轴气浮台的动力学分析44

3.1 欧拉角及坐标变换矩阵44

3.2 三轴气浮台运动学方程45

3.3 三轴气浮台动力学方程46

第4章 三轴气浮台台体自重变形引起的不平衡力矩的计算和分析49

4.1 引言49

4.2 台体有限元模型的建立及单元质心公式的推导49

4.2.1 台体的力学分析及有限元模型的建立49

4.2.2 平面应力四节点矩形单元质心偏移公式的推导52

4.2.3 矩形薄板单元质心偏移公式的推导54

4.3 基于运动弹性动力学方法的台体质心变化量公式的推导56

4.4 气浮台不平衡力矩的计算60

4.5 计算结果与分析62

4.6 气浮台台体绕惯性系X轴转动时的不平衡力矩62

4.7 气浮台台体绕惯性系X轴转动时质心位移轨迹66

4.8 气浮台台体绕惯性系Y轴转动时不平衡力矩及质心位移轨迹67

4.9 气浮台为任意姿态时台体的不平衡力矩69

4.10 本章小结71

第5章 三轴气浮台台体自重变形引起的不平衡力矩的补偿72

5.1 引言72

5.2 不平衡力矩公式的推导73

5.3 气浮台台体绕惯性系X轴转动时的补偿75

5.4 气浮台台体绕惯性系Y轴转动时的补偿78

5.5 气浮台台体绕X-Y平面内任意轴转动时的补偿79

5.6 计算实例83

5.7 本章小结84

第6章 测量转动惯量的常用方法85

6.1 转动惯量的基本概念85

6.1.1 刚体惯性参量的概念85

6.1.2 任意轴定理87

6.1.3 移心与转轴定理88

6.2 转动惯量测量的常用方法90

6.2.1 单摆周期法90

6.2.2 扭摆法90

6.2.3 三线摆法92

6.3 本章小结93

第7章 三轴气浮台转动惯量在线识别方法94

7.1 引言94

7.2 转动惯量在线识别方法94

7.3 矩阵D元素的求解95

7.4 本章小结97

第8章 三轴气浮台转动惯量在线测量98

8.1 引言98

8.2 气浮台自转角速度的获取98

8.2.1 当质心偏移位置已知时角速度的获取99

8.2.2 质心偏移量未知时求解自转角速度的方法100

8.2.3 气浮台做微小摆动时气浮台自转角速度的求解102

8.2.4 气浮台做大角度摆动时自转角速度的求解104

8.3 矩阵D求解105

8.4 矩阵A的求解107

8.5 本章小结108

第9章 三轴气浮台台体自重变形对转动惯量矩阵及惯量主轴方向的影响109

9.1 引言109

9.2 自重变形后台体的转动惯量矩阵109

9.3 姿态准确度误差的计算112

9.4 台体自重变形对转动惯量矩阵及惯量主轴方向的影响114

9.4.1 气浮台台体绕惯性系X轴转动时转动惯量的变化114

9.4.2 气浮台台体绕惯性系Y轴转动时转动惯量的变化115

9.4.3 气浮台台体为任意姿态时转动惯量的变化116

9.5 本章小结120

第10章 三轴气浮台台体优化数学模型的建立121

10.1 引言121

10.2 气浮台台体结构优化目标函数的建立121

10.2.1 气浮台结构平衡点的讨论121

10.2.2 平衡敏感性的分析128

10.3 气浮台台体结构优化设计变量的选择134

10.3.1 桁架圆管壁厚变化对结构刚度的影响135

10.3.2 桁架圆管外径变化对结构刚度的影响136

10.3.3 台体台面厚度变化对结构刚度的影响136

10.3.4 台体台面半径变化对结构刚度的影响137

10.3.5 下端圆环半径变化对结构刚度的影响137

10.4 气浮台台体结构优化的约束条件139

10.5 混合离散变量优化问题的数学模型139

10.6 本章小结140

第11章 气浮台台体的优化设计141

11.1 气浮台台体优化设计方法141

11.1.1 遗传算法实施过程141

11.1.2 等式约束条件的处理144

11.1.3 遗传算法算例146

11.2 关于气浮台配重问题的分析148

11.2.1 配重问题的描述148

11.2.2 配重问题分析优化数学模型的建立148

11.2.3 计算条件及流程149

11.2.4 优化结果与分析150

11.3 关于气浮台台体最佳重量的讨论151

11.3.1 问题的描述151

11.3.2 气浮台台体重量分析优化数学模型的建立151

11.3.3 计算条件152

11.3.4 优化结果与分析152

11.3.5 最佳台体重量优化数学模型的提出154

11.3.6 计算实例155

11.4 本章小结155

第12章 三轴气浮台台体计算模型验证实验156

12.1 实验目的156

12.2 实验原理156

12.3 实验用三轴气浮仿真台156

12.3.1 圆柱板式气浮台台体156

12.3.2 气浮球轴承158

12.3.3 气源系统159

12.3.4 加载及称量部分161

12.3.5 调节平衡系统162

12.3.6 气浮台支撑机构163

12.3.7 静态数字应变仪163

12.3.8 地面总控制台及其他配套设备163

12.4 姿态测量系统的标定163

12.4.1 倾斜台164

12.4.2 倾角计165

12.4.3 最小面积法166

12.5 扰动力矩分析及消除措施167

12.5.1 气流的影响167

12.5.2 台体载荷分布的影响167

12.5.3 磁场及温度的影响167

12.5.4 台体变形的影响167

12.6 平衡的调节168

12.6.1 手动调平衡168

12.6.2 自动调平衡169

12.6.3 重心的确定169

12.6.4 确定配重块及移动滑块质量171

12.6.5 重心的校正173

12.6.6 平衡失稳现象及解决措施175

12.6.7 平衡的调节过程176

12.7 控制软件开发环境177

12.8 台体自重变形的测试178

12.8.1 测点的选择178

12.8.2 应变片的选择179

12.8.3 粘结剂的选择179

12.8.4 应变片的布置180

12.8.5 应变片的粘贴工艺180

12.8.6 调试过程中遇到的问题及处理方法181

12.8.7 测试181

12.9 实验结果分析181

附录 本书中各变量的物理含义184

参考文献191