质量特性主要包括物体的质量、质心、转动惯量、惯性积等,是高速远程飞行物体自动控制及测试的关键参数,也是众多工程领域所关心的重要参数。质量特性测试设备可以精确地测出物体的质心、转动惯量等与物体运动相关的参数,在相关领域起着极为重要的作用。本文在充分了解国内外现有质量特性测试技术的基础上,以静压气体球轴承做为测试平台的支点,提出改善质心、转动惯量测试的系统方案,研制测试平台实验样机。对负载作用下载物平台产生的干扰力矩及气体球轴承的相关技术进行深入研究,通过理论分析和实验,完善质量特性测试平台的关键技术,为高精度质量特性测试平台的进一步研究打下坚实的基础。　　首先介绍了基于静压气体球轴承的质量特性测试平台的结构组成和测量原理,分析了影响其测量精度的因素。根据弹性力学薄板弯曲理论,推导负载作用下整体质心弹性位移公式,计算质量特性测试平台在测量过程中质心的弹性位移和由此产生的干扰力矩,结果表明平台变形引起的干扰力矩为偏航角的函数,干扰力矩引起的测量误差与偏载量无关,而与负载质量及载物平台自身特性相关,研究结果为平台的结构设计提供依据。　　环面节流静压气体球轴承是质量特性测试平台的核心部件,其特性对测试平台有直接影响。本文建立了适用于静压气体球轴承的三维计算模型,采用有限体积法对可压缩三维稳态Navier-Stokes方程进行离散,求得气体球轴承的压力分布和速度分布,并计算轴承的轴向承载力、静刚度和耗气量等特性,分析了影响其静态特性的因素和规律,为质量特性测试平台气体球轴承的设计及工作点的选择提供参考。　　分析偏载作用下轴承的水平偏移原理,给出涡流力矩的计算公式,计算偏载时轴承间隙的压力分布和速度分布,分析侧向承载力、侧向刚度和水平偏心率的关系及轴承几何参数对侧向力和侧向刚度的影响,研究气体球轴承水平偏移对涡流力矩的影响,分析球头圆度误差、球窝水平安装误差产生的涡流力矩,并给出了由涡流力矩引起的质量特性测量误差的算例。结果表明,侧向刚度与轴承半径的平方近似成正比,随球窝外包角的增加而大幅增加;轴承水平偏移下的涡流力矩较大,且与水平偏心率近似成正比。研究结果为轴承几何参数的选择和质量特性测试平台的误差控制提供了依据。　　在高供气压力、大轴承间隙工况下,静压气体球轴承的超音速现象将影响轴承的静态承载力、静刚度和稳定性,影响测试平台的可靠性。本文提出了一种可压缩气体三维湍流全Navier-Stokes方程的数值解法,将Realizable湍流模型引入到轴承的数值模拟,分析球轴承流道的马赫数分布和跨音速压力分布特性,研究气膜内马赫数分布、压力分布与供气压力、轴承间隙的关系。分析结果为避免超音速现象给承载力和刚度带来的不利影响及开发高压重载气体球轴承奠定了基础。　　最后,搭建负载作用下载物平台应变测量、静压气体球轴承轴向承载力特性及侧向承载力和涡流力矩实验装置,设计并试制低成本的玻璃钢球窝,成功应用于测试平台实验样机。载物平台应变实验测量结果与数值计算结果基本吻合,表明本文采用的平台有限元模型是正确的。在气体球轴承的相关实验中,测量了球轴承的轴向承载力、偏心时的侧向力和球窝水平安装误差引起的涡流力矩。由于实验台的制造安装误差及实验中的测量误差,实验值和理论计算值之间存在一定偏差,但其变化趋势一致,证明前面对球轴承的计算结果是可信的。本文的研究结果对基于气体球轴承的高精度质量特性测试平台的设计和制造有较强的指导作用。