机载图谱探测仪减振系统设计与分析

发布时间：2020-04-13 21:49

【摘要】：机载图谱探测仪以航空飞行器为载体,结合对象的图像和光谱信息进行高精度目标识别,是高分辨率对地观测系统中航空观测系统的关键设备。机载图谱探测仪在挂飞运行过程中会受到来自载体和环境的复杂振动激励,轻则影响目标成像清晰度,重则导致光学器件损坏。所以高性能减振系统是保障机载图谱探测仪稳定可靠运行的关键。受机载图谱探测仪总体设计所限,减振系统的位置、重量、接口及减振性能都有严格限制。本文基于可调刚度弹簧阵列优化匹配减振刚度,提出自适应变阻尼结构抑制低频共振和降低高频振动传递率,从而解决宽频域、高衰减率减振的难题。论文的主要研究工作和创新如下:1、针对载机运十二飞机振动谱未知的问题,开展了载机的起降冲击和不同飞行工况下的振动谱测试与分析,确定了机载图谱探测仪的振动环境输入;进而结合机载图谱探测仪自身允许的振动水平,通过系统振动建模与分析,确定了减振系统的各方向的刚度和阻尼项设计参数,并提出了阵列式压缩弹簧和斜置阻尼器的紧凑型减振系统方案。2、针对机载图谱探测仪减振系统的刚度调节需求,提出采用螺旋压盖型调节弹簧有效圈数的刚度调节方法;根据各向刚度参数需求,优化设计了螺旋弹簧的结构和阵列布置;研制了机载图谱探测仪的可调刚度机构并测试了其各向刚度,结果表明仿真与实测结果的误差最大为1.8%。3、为同时满足低频区和中高频段高衰减率的需要,基于绝对阻尼原理,提出低频大阻尼、高频小阻尼的变阻尼抑振策略。设计了一种新型气液混合式变参数阻尼结构,通过阻尼特性建模与分析阐明了其与绝对阻尼的等效性;提出了一种基于时域非峰值法的阻尼辨识方法,提高了阻尼辨识的精度。进而开展了气液混合变参数阻尼器的阻尼特性测试,验证了阻尼随振动频率降低的变阻尼特性。4、研制了机载图谱探测仪的减振系统,完成了减振性能的模拟台架测试。结果表明,垂向固有频率达4.7Hz,设计与实测结果误差为4.4%;在振源的主扰动频率30Hz处,振动传递率低至0.048,设计与实测结果误差为4.0%。在运十二飞机上开展了图谱探测仪的挂飞运行验证试验,全部通过实验验证。结果表明,设备垂向和水平向振动加速度均方根值分别小于0.078g和0.056g,低于5-500Hz频段设备正常工作上限值0.1g。综上所述,本文设计研制了机载图谱探测仪的高性能减振系统,达到了预期设计目标,保证了机载图谱探测仪高性能可靠运行的振动环境要求。
【图文】：

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精密制造和测量装备以及建筑、桥梁等结构设会显著增大结构的动态应力和变形，并伴随一定的等性能劣化，更有甚者可能导致设备整体的运行环境重大后果。例如，飞机、导弹、卫星等航空航天装备飞行过程中的持续周期性激励、高速气流扰动或工作/冲击不仅影响所搭载精密仪器/设备的运行精度，而能危及飞机整体的安全以及机上人员的生命安全，测仪是安装在飞行器上用于图像高速采集、图谱采集、目标捕捉等方面具有不可取代的地位。对用于国防高清成像，光学设备的振动会影响设备的对焦，从而确性。尤其在飞行设备飞行作业的过程当中，飞行设支座固定点传递到图谱分析设备上，引起光学设备的仪探测精度下降，甚至造成设备严重损坏，所以研究振动的减振系统，十分重要。

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高减振性能与高抗扰能力之间的矛盾。减振系移、冲击等扰动的抵抗能力也越差，往往造成被相对位移，由此造成结构碰撞或者其他连接管线杂的成像和减振需求，国内外诸多科研单位都十分西方发达国家研究起步较早，在相关领域已经处该领域有强势的发言权，但我国相关研究起步，技术储备相对薄弱。科学家只想通过一些与图像采集相关的手段来减了一定的成就。加拿大国家物理研究委员会的 P测量摄像机的研究得到航空测量摄像机的角振动原因。为了避免这种模糊的情况，需要使用高速以将测量数据持续地降低到最大角速度到 5 倍辨率可以提高 35%到 55%。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V248

【参考文献】