机载光学设备用柔性框架设计与分析

发布时间：2020-08-11 20:41

【摘要】：机载光学设备通常通过陀螺框架串联减振系统与载机连接,实现高精度角度定位和宽频振动隔离。对于轻质光学设备,传统陀螺框架和减振系统的尺寸和重量占比过大,且轴承摩擦扰动对设备姿态控制精度影响突出。对此,设计集减振和回转支撑功能于一体的新型低扭转刚度柔性框架,可显著降低无效负载、简化结构,对于提高机载光学设备的减振-定位性能具有非常重要的意义。本文针对某小型机载光学设备的柔性支撑需求,开展柔性框架的总体方案及构型设计研究,基于多种构型的建模、分析与性能对比,提出一种正负刚度并联的八角支撑柔性框架结构,并开展该柔性框架的样机研制与性能测试验证。论文的主要研究工作与创新如下:1.针对某机载光学设备的柔性框架性能指标需求,提出了八角支撑的柔性框架总体方案;探讨了基于串联刚度、正负刚度并联等不同柔性框架构型的可行性,结合低刚度大承载和小体积的需求,提出了机载光学设备柔性框架的结构构型方案。2.针对单点柔性支撑单元的高轴向刚度、低侧向刚度需求,分别提出基于多杆串联的柔性结构、柔性杆组并联磁负刚度机构、螺旋弹簧并联预压弹簧负刚度机构三种构型,开展了结构设计和刚度特性建模与仿真,对比分析了采用上述三种柔性支撑单元的柔性框架隔振频率、扭转刚度及结构强度,确定了采用螺旋弹簧并联预压弹簧负刚度机构的柔性框架实施方案。3.完成了基于螺旋弹簧并联预压弹簧负刚度机构的柔性框架详细设计和样机制作,开展了模拟负载下柔性框架的隔振特性和扭转刚度测试与分析。结果表明,样机测试系统的三向隔振频率仿真与实测结果误差分别为11.1%、2.5%、3.0%,扭转刚度仿真与实测结果的误差在6.7%以内。进一步分析了误差的来源和影响规律,为后续优化改进提供了方向。研究结果表明,本文所提柔性框架结构方案可行,基本达到设计指标要求。后续可通过提高结构件加工及装配精度、采用柔性铰链替换球头关节等手段进一步提高样机精度和相关技术性能指标。
【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】：TH74
【图文】：

内框架,吊舱,减振系统

图 1. 1 光电吊舱内框架减振系统布局究所通过分析机载光学设备像质将此作为依据，设计了用于摄像的被动减振性能，利用四个减振在 60 Hz 的激励下，峰值振幅放轴 Y 轴的峰值最大值为 0. 42 m隔振方案，如图 1. 2 两级隔振的线角耦合，避免了角振动与线动引起的不良效应，在扫频激励的隔振器种类，能够使系统的隔方面都十分优秀。此外，两级隔的配重重量[31]。

模型图,两级隔振系统,模型

图 1. 2 两级隔振系统模型小载机角振动对周围设备的不良影响，提小型金属橡胶减振器，将这种隔振器装载可以使 3 个方向进行无角位移的隔振。在刚度和阻尼比等参数，并采取特殊工艺制吊舱减振器进行了振动测试分析，结果表值为 0.0011，随着频率超过 25Hz ，角振5Hz 以上的角振动具有良好的隔振效果。际测量结果相比，仿真计算结果误差不超。中科院物理研究所根据传统的单级隔振的二级减振系统。通过参数优化计算出了阻尼比为 0. 243。并通过振动测试分析证振器的最大振动传递率降低 50%，在振动围，对于高频振动，其衰减程度也大于单

稳定平台,相机

中科技大学硕士学位论光学设备柔性框架隔振的研究，也取得了诸多的成果。美国有用于承载负载的内部万向架，被动隔振器连接在弹簧壳围的角位移和一定的平移运动[37-39]。如图 1. 3 相机稳定平用于将有效载荷附接到支撑基座的隔振器系统，基本上防止效载荷的角度旋转[40-42]。

【参考文献】