质量特性参数主要包括质量、质心、转动惯量和惯性积,这些参数是是描述运动物体力学特性的基本固有参数,在航空航天、工程机械、武器系统等产业中起着至关重要的作用。对飞机、卫星、导弹这类高速运动的物体而言,质量特性参数的准确程度直接影响飞行姿态控制品质以及武器的命中率,所以必须精确测量。然而由于他们的长径比较大,不易翻转或者倒置,因此测试难度较大,纵向质心的测量精度难以保证;而且转动惯量测试时存在装夹次数较多,安全性和测试效率较低的问题。为此本文研制了一套只需一次装夹即能实现待测对象质量、质心、偏心、转动惯量和惯性积测量的一体化综合测试系统。首先,在总结国内外质量特性参数测量方法的基础上,将现有的质量特性参数测量设备依据结构特点划分为动静分离结构和一体化结构两大类,同时指出目前设备在测量长细比较大的物体时存在滚转惯量精度较低的缺点。其次,针对弹箭模型特点,从质量测量原理、质心测量原理、转动惯量及惯性积测量原理几个方面对质量特性参数测量系统的完整测量原理进行分析,制定了详细的测试方案和测试流程。利用图解法,给出了基于小角度翻转法测量纵向质心的计算过程。通过振动-扭摆综合测量法,实现了偏航转动惯量、滚转转动惯量和俯仰转动惯量的直接测量,解决了单一扭摆法利用联立方程求解三个转动惯量时精度较低的缺点。同时推导了实际工装条件下,扭摆法和振动法测量转动惯量的理论计算公式。再次,依据质量特性参数测试原理和测量方法,从质量测量,支点位置、角度测量、周期测量、安装位置等多个方面分别对质量误差、质心误差、转动惯量误差和惯性积误差进行定量分析,推导出了针对每个测试项目的综合测量误差的理论解析表达式并进行仿真。然后,在质量特性参数测量原理和理论误差分析结果的基础上,针对某种型号弹箭模型的测量需求,对一体化试验台进行三维建模,设计的称重台、翻转台、扭摆台和振动台分别实现了质量质心、偏航转动惯量、滚转惯量和俯仰惯量的测量。最后利用已知全部质量特性参数的标准件进行标定和测量,计算并分析测试结果。建立基于理论误差分析和最小二乘法的两种数学模型对误差补偿,并进行对比。