机载光电平台的结构设计及分析

发布时间：2020-07-01 22:08

【摘要】：利用无人机侦察是打赢信息化战争的重要先决条件,有着其他侦察手段无法比拟的优势。机载光电平台作为一种重要的有效载荷被认为是无人机的“眼睛”,它集成了机械、通信、光电和自动化技术,对于完成侦查、定位、跟踪和校射等任务极为关键。机载光电平台的结构是整个光电系统的载体和执行机构,其总体布局和结构形式关系到平台的稳定精度、响应速度和承载能力等性能。目前机载光电平台主要结构形式主要有两轴两框、三轴三框、两轴四框等,针对几种结构的优缺点,提出了一种新型的高性能“四轴四框”结构形式,并进行了原理分析和有限元分析。在整体方案设计中,通过CATIA软件建立了平台的三维模型,结合AutoCAD软件,完善了结构的细节设计。介绍了“四轴四框”的结构形式是由自转机构和球形机构组成,分析了结构方案的内容和特点,对框架结构、自转机构轴系和球形机构轴系等主要机械结构进行了详细说明,完成了驱动电机、角度传感器和轴承的选型和校核工作,结果证明了选用的关键元件符合使用要求和技术指标。在平台的原理分析中,主要对球形机构进行了结构原理和运动学分析。求解出了球形机构是一种3自由度的并联机构,得到了球形机构的3个轴的角度输入和末端执行器的空间位置输出关系,推导出了运动学方程,验证了球形机构是全解耦的,并进行了仿真验证。进一步求解出了雅克比矩阵为单位阵,得到了运动传递关系,证实了球形机构具有输入输出关系简单、无奇异点、完全各向同性、刚性均匀分布等特点,并利用MATLAB软件计算出球形机构的工作空间基本覆盖整个球体空间。在有限元分析中,主要对平台重要构件进行了静力学分析和疲劳分析。明确了有限元法应用在机载光电平台结构方面的重要意义,介绍了有限元法的原理和实施步骤,利用ANSYS Workbench对球形框架和并联机构杆件进行有限元分析,结果表明静力特性符合要求。针对实际应用情况对并联机构杆件进行了疲劳分析,最终获得并联机构杆件在恒定振幅载荷和随机载荷下的疲劳情况,分析结果得出构件满足设计使用要求。综合结构设计及分析,证明了“四轴四框”结构形式可以完成承载光电设备,驱动视轴在一定范围内移动并保持稳定的功能,也能承受驱动力、载机振动、加速度和空气阻力等载荷的作用,具备了轻量化、空间利用率高、通用性强、视轴范围大和可操控性好等一系列优点,同时从原理上证明了“四轴四框”结构形式可使平台具有响应速度快、稳定精度高、工作范围大和易于控制等特点。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V241

【参考文献】