质量特性参数的测试是飞行器地面测试的重要内容，其中质量、质心是必测参数，现有的测量技术不能满足大尺寸飞行器高精度、通用化的测量需求。本文针对大尺寸飞行器的特点，提出了质心柔性测量方法，该方法可以同时测量飞行器的质量。本文从测量模型的建立、改进的Kelvin耦合支撑结构的设计和优化、质心柔性测量系统的研制和测量结果的误差分离等方面进行了研究，主要研究工作包括：
　　针对传统测量方法测量大尺寸飞行器时，测量系统基本上为专款专用，需要限定飞行器的测量姿态，质心测量精度还受到设备的机械定位精度的限制等问题，提出了一种质心柔性测量方法。该方法根据静力平衡原理、静力矩平衡原理以及重力作用线始终通过质心的特点，采用两套子系统同时测量被测件，借助高精度的坐标测量设备，使得被测件的装卡与姿态转换灵活度更高，所提出的方法可以兼容不同尺寸和形状的被测件，具有较好的通用性；分析了两套子系统的数据融合方法，提出重力作用线的构建方法，通过求解两条或两条以上的重力作用线的交点，实现被测件三维质心坐标的测量；采用蒙特卡洛法仿真分析了该柔性测量方法的测量不确定度，对于质量为4000kg、长为10000mm的被测件，质心X轴坐标测量的标准不确定度为0.3mm，Y轴方向、Z轴方向质心坐标测量的标准不确定度分别为0.2mm和0.3mm。
　　测量时压力传感器（称重传感器）所受的侧向力是制约质心测量精度进一步提高的主要因素，为了消除侧向力，研究了改进的Kelvin耦合支撑结构。首先，针对传统测量方法中称重传感器承受侧向力的问题，提出一种基于Kelvin耦合支撑结构的改进结构，该结构使得称重传感器的受力点位置唯一，并且传感器只承受法向载荷，保证测量重复性；采用静力矩平衡原理、坐标变换等原理和方法对改进的耦合支撑结构建立数学模型并进行分析。其次，考虑摩擦力的作用，对耦合支撑结构的数学模型进行修正，利用该修正模型分析改进的耦合支撑结构自动对心的重复性。最后，采用Hertz接触理论对改进的耦合支撑结构的接触区域大小进行分析，研究影响接触区域大小的因素。仿真分析表明所提出的耦合支撑结构可以有效避免称重传感器承受侧向力；支撑结构的变形量与所受的法向载荷大小、支撑结构所用材料的泊松比、弹性模量、支撑结构的曲率等参数有关，且会影响到自动对中的重复性，最终会影响到质心测量结果，因此合理设计支撑结构对于提高测量精度具有重要意义。
　　针对某大尺寸回转类飞行器的测量需求，研制了一套质心柔性测量系统，可以实现10米以上大尺寸飞行器质心的高精度测量，并且可以同时测量飞行器的质量。研究了两套子系统的自动调平算法，同时对两套子系统的机械系统、电气系统、软件系统分别进行了设计与实现。采用两套子系统分别测量了标准件的质量和质心，最后对某长度为10米的被测件进行了多次测量，多次测量质量的平均值为2858.1kg，测量标准差为0.2kg，X轴、Y轴、Z轴方向质心多次测量平均值分别为6392.3mm、32.7mm和-2.2mm，测量标准差分别为0.3mm、0.1mm和0.1mm；将多次测量结果的平均值与常规多点法得到的结果进行对比，两种方法所得测量结果的X轴方向质心差值≤1.0mm，Y轴、Z轴方向质心差值≤0.5mm。
　　研究了质心测量结果的误差分离与补偿技术。称重传感器受力点的坐标值影响质心测量结果，为了解决传感器实际受力点坐标与标定的坐标位置不重合的问题，提出了采用整体最小二乘方法修正称重传感器坐标的方法，并进行了实验验证，修正后的质心测量误差由≤0.3mm减小至≤0.1mm；研究了被测件安装偏心、倾斜对测量结果的影响，并采用反向法进行误差分离；分析了两套子系统空间位置关系及位置间存在误差时对测量结果的影响，提出了采用多步法修正X轴方向质心的测量结果，反向法修正Y轴方向、Z轴方向质心的测量结果；最后利用实验验证了所提出的坐标修正方法与误差分离方法的有效性。实验结果表明，传感器坐标修正方法可以提高测量精度；多步法可以分离出质心X坐标误差值的谐波成份，即残余误差为常数，反向法可以较好地分离出被测件安装偏心引入的误差及两套子系统空间位置关系引入的误差。