孙勇[1]2004年在《有限元分析在光电稳定系统结构设计中的应用》文中研究指明光电稳定系统在武装直升机的综合火控系统中起着很重要的作用，用于目标的搜索、观察、瞄准和导航。 本文以某型武装直升机用光电稳定系统为研究对象，阐述了光电稳定系统的组成、功能和工作原理，建立稳定平台的运动方程。分析不同干扰对系统稳定的影响以及光电稳定系统稳定方法。探讨研究有限元分析在光电稳定系统结构设计中的应用。本文使用优化设计手段，对转塔建立模型，建立中部壳体的计算机模型，分析计算自然模态，应用MSC／NASTRAN软件进行有限元分析，计算冲击下的瞬态响应、应力情况；分析对产品选用不同材料情况下的结果。依据得出结论对转塔设计工作提出科学合理建议并改进设计选择优化的设计方案。本文给出的数据、模型可供其它稳定系统研究和参考，具有一定的应用价值。这种设计理念，对以后的产品设计工作有启发促进作用。
李林[2]2016年在《光电稳定平台的减振技术研究》文中进行了进一步梳理无人机飞行平台对成像载荷的扰动一般包括角运动和线振动。为了实现高精度成像,需要将这两种扰动进行隔离。无人机光电稳定平台的主要任务就是有效隔离飞行平台所受各种扰动,其框架控制系统实时隔离飞机姿态角运动,隔振系统隔离飞行平台的高频线振动。无人机作业中如不采取隔振措施,将导致系统成像对比度变差和图像清晰度下降。因此,基于飞行环境条件下的隔振系统设计是无人机稳定平台研制的重要任务之一。为了提高光电稳定平台的精确性和稳定性,本文根据在飞行实验中获得的稳定平台振动数据,设计了一套被动隔振系统,并通过仿真和试验验证了该隔振系统设计工作的有效性。首先,通过飞行实验,获得了光电稳定平台安装位置的振动数据,并处理得到其功率谱曲线。采用减震器并联的方式,以振动传递率为评价指标,设计了稳定平台隔振系统的刚度、阻尼等参数和安装布局形式。其次,利用MSC.PATRAN/NASTRAN软件,建立了稳定平台主要框架和稳定平台整体结构的有限元模型,并进行了模态分析和静力学分析,校核了主要结构和整体结构的强度、刚度特性,得到了系统的整体模态信息和柔性体数据,为进一步的动力学仿真提供了数据。再次,利用ADAMS软件分别进行了刚体动力学仿真和刚柔混合动力学仿真,得到了不同阻尼情况下的扫频曲线以及真实振动数据输入下的随机振动曲线。相比较刚体动力学分析结果,刚柔混合模型中的稳定平台一阶阵型和振动信号发生了共振,其仿真结果更为真实可靠,同时还研究总结了阻尼对共振区和非共振区振动情况的影响。而后,为了评价不同阻尼情况下稳定平台随机振动的总输出值,在ADAMS刚柔混合动力学模型中输入时域随机振动信号,得到时域上的振动加速度曲线,并通过积分得到一定时间内的速度变化量,并以此作为随机振动总的输出功率的评价指标,确定隔振系统在阻尼比为0.4时隔振效果更好,此时刚柔混合模型的隔振效率达到了90%,而刚体模型的隔振效率高于70%。最后,通过振动台试验,得到稳定平台正弦扫频曲线和随机振动曲线,该隔振系统总的隔振效率达到了80%,验证了隔振理论以及仿真分析结果。
李岩[3]2008年在《光电稳定跟踪装置误差建模与评价问题研究》文中认为光电稳定跟踪装置是现代精确制导、火控武器装备的重要组成部分,随着精确打击作战方式的不断发展,对该类装置的高精度设计提出了更高的要求。装置是光机电技术结合的产物,其性能受到光学、机械和控制技术等多方面因素的影响,深入分析设计、制造和伺服控制等误差的影响机理,研究误差的测量与评价方法,对于提高装置精度具有重要意义。本文围绕着如何合理评价装置性能这一主题,在对装置进行运动学、动力学机理分析的基础上,针对影响装置精度的各项误差源,开展了误差建模及各项误差作用规律的研究,对装置误差的定量评价、几何误差的分配以及测试等问题也做了深入的分析和探讨。本文的研究工作包含以下几个部分:1.分析了装置基本工作原理和系统组成,采用空间机构运动学理论,研究了两轴、叁环两轴、叁轴等多轴多环架结构形式的稳定跟踪机理,深入分析几种结构形式的特点以及适用的载体和目标环境,为合理选择结构类型和建立几何误差模型奠定了基础。2.应用牛顿力学理论,以两轴稳定结构为例,分析了在载体振动环境中装置各种干扰力矩的来源与耦合方式,推导了惯量耦合力矩、偏心力矩等的具体作用模型,采用数学模型并结合仿真研究了被动隔振器与装置结构的动力学特性,为分析干扰力矩的影响、设计高精度控制器提供了依据。3.分析了影响装置稳定跟踪精度的主要误差来源,应用框图形式说明了它们的作用途径;采用光学成像质量评定方法,定量的分析了不同振动形式对光电探测器的性能影响。结合稳定跟踪机构的设计指标,提出了装置性能综合评价的具体方法。4.基于多体系统运动学误差建模理论,分析了机构几何误差的组成,建立了基于几何误差的机构指向误差和定位误差模型,并研究了其概率分布特征,为装置总体性能评价提供了理论模型;对陀螺安装和机构垂直度误差造成的陀螺敏感误差进行了运动学分析,利用仿真手段说明了各项误差与载体运动的耦合关系,对陀螺安装和误差测试有指导作用。5.根据误差项的随机性特点,提出了基于统计理论和Monte Carlo方法的误差综合和分配方法;通过误差敏感度概念的构建,研究了几何误差的合成与分配问题,并给出了某实际装置的稳定误差分析评价的具体实例。6.分析了几何误差测试的运动学原理,设计、分析和比较了多种测试方案,提出了几何误差分离和补偿的方法,对某装置进行的误差测试进一步验证了方法的可行性。
朱可[4]2011年在《机载光电平台的有限元分析及其关键零件的改进设计》文中进行了进一步梳理随着经济与科学技术的发展,航空侦察测量技术由于其具有观测范围广、测量精度高、针对性强、机动灵活以及实时性等特点,无论是在民用领域还是在军事领域都得到了十分广泛的应用。机载光电稳定平台是机载航空侦测的重要设备之一,是光电成像与测量系统的承载平台。光电平台机械结构的优劣直接影响光电系统的整体工作性能。由于要求机载光电平台的负载较轻、质量和体积较小,且成本要求低,通过分析比较常用的几种平台框架结构的优缺点,决定采用技术较为成熟的二框二轴结构,并确定机载光电平台直径为φ158mm。由于对光电平台的体积和质量要求严格,同时对其跟踪瞄准精度的要求也很高,在设计时不仅要保证框架结构有足够的强度和刚度,还要保证有较高的固有频率。主框架作为整个机载光电平台的主要受力件,要保证其具有足够的强度和刚度。为此,首先应选用合适的材料,同时,需要对其结构进行分析及优化。通过查阅大量相关资料,分析比较各种光电平台常用材料的力学性能以及实用性,选取铸铝合金ZL101A作为光电稳定平台的主要材料。同时,利用CATIA软件建立主框架的实体模型,并用ANSYS Workbench软件对各种工况下的主框架进行有限元分析,讨论确定最恶劣的工况,为下一步的结构改进奠定基础。根据分析结果,发现初步设计的主框架不满足刚度与强度要求,变形量过大,因此,对主框架结构进行了改进设计。对主框架的薄弱环节,提出两种不同的改进方案,并分别对改进后的主框架进行了有限元分析,分析结果表明,第二种方案中增加加强筋的方式效果更佳,但主框架的最大变形量仍达到4.0309×10-5m,不能满足最大变形量不大于0.025mm的要求,需要进一步改进设计。因此,在第二次改进设计中,通过增大方位轴直径,并且增加加强筋数目的方式,使主框架的最大变形量大幅度减小至2.6338×10-5m,但是仍然不满足最大变形量要求,还需进一步精细设计。为了能保证主框架在承受较大应力的同时,其质量较轻,通过对主框架的结构形式进行分析以后,以加强筋的排布位置、长度以及主框架的侧壁壁厚为参数,对不同参数组合下的主框架结构进行了有限元分析,并将分析结果进行对比,最终确定加强筋与平台中心的距离为8mm,加强筋的长度为30mm,厚度为2mm,相互之间的角度间隔为45°,成圆周均匀分布。同时,为了减小平台的质量,将平台主框架的侧面壁厚由原来的5mm减至3mm。通过上述结构改进,大大提高了主框架结构的刚度和强度,其最大变形量减小至2.3796×10-5m,一阶固有频率值达到399.96Hz,完全满足技术要求。光电稳定平台的工作环境比较恶劣,周围的噪声、气流、载机飞行姿态的变化以及载机自身的振动等因素都会引起平台的共振而影响正常工作,甚至造成破坏。为了避免平台工作时发生共振,对光电平台整机进行了模态分析。结果表明,由于光电稳定平台在俯仰和方位两个方向能自由转动,所以整机的一阶和二阶的固有频率极小,接近于零,而平台的叁阶固有频率为112.23Hz,满足大于75Hz的技术要求,具有良好的动态性能。论文对机载光电稳定平台的研究结果,对同类产品的设计和制造具有一定的借鉴作用。
季玲玲[5]2012年在《边海防图像融合系统驱动机构研究》文中认为边海防图像融合视频监控系统是集红外、微光和可见光叁种传感器于一体的图像融合视频监控系统,论文以边海防图像融合视频监控系统的前端探测器的机械结构设计为出发点,分析国内外视频监控系统的发展概况和主要技术热点,从图像融合视频监控系统的功能要求、技术要求、总体构成、系统的工作原理的角度介绍了图像融合系统的总体技术。详细的分析了摄像转台的设计要求、摄像转台的结构形式,从机械结构设计的角度分析了视轴误差影响因素。根据系统的功能要求和使用环境,设计了两轴两框架的摄像转台结构,气动外形设计为柱形,俯仰部件设计成为球壳的形式,俯仰球壳内部装载有光具座,光具座用于固定和调节所装载的叁种光学镜头的位姿。对俯仰和方位轴系的轴承、电机进行了详细的选型设计,对平行光轴设计和调校进行了详细的研究和探讨。为了摄像转台工作时的刚度和强度能够满足要求,根据设计方案建立了摄像转台系统的叁维模型,利用叁维建模软件初步的进行了动平衡分析。对摄像转台的俯仰球壳部件进行了静力学分析,对转台框架总体模态进行了有限元分析研究,对光具座进行了热应力分析。在分析了摄像转台框架系统的强度、刚度、振动频率等满足功能要求的前提下,通过设计、加工、装配和调试,做出了摄像转台框架系统的样机。并通过对系统样机的试验验证了图像融合系统的性能。
李妍[6]2013年在《小型无人机载光电稳定平台结构研究》文中提出随着我国经济的快速发展,电力工业所体现的作用越来越明显。高压输电线路的发展缓解了电力短缺的问题,随之而来的便是高压输电线路的巡检和维护问题。无人机载光电稳定平台具有体积小、重量轻、操作灵活、稳定度高等优点,近年来被用于高压输电线路的维护中。然而,由于无人机负载要求,光电稳定平台的重量、体积,直接影响了整个无人机载光电稳定系统的性能。因此,探究小型化、轻型化的光电稳定平台结构具有重要意义。本文首先通过分析国内外光电稳定平台的结构特点,根据本文的小型无人机载光电稳定平台的主要机械指标,合理选择结构形式。考虑到小型化、轻型化需求,合理设计平台结构,并且选择强度高、密度小的材料。然后,根据本文设计的光电稳定平台实际工作情况,计算平台受到的载荷。运用ANSYS软件,对光电稳定平台的结构做了有限元分析。根据分析结果,对关键零件进行改进,以得到较优的结构。最后,建立小型无人机载光电稳定平台的动力学方程,运用ADAMS软件对光电稳定平台进行动力学耦合分析,分别模拟各框架单独旋转及共同旋转时的输出力矩,并对其进行比较。
王鹏鹏[7]2016年在《光电吊舱隔振系统设计及试验研究》文中研究表明随着民用无人机技术的发展,工业级无人机广泛的应用于地图测绘、灾害搜救、电力巡线等领域,光电吊舱作为无人机上的主要有效载荷得到越来越多的关注。光电吊舱工作时不可避免的受到发动机、无人机速度及姿态变化产生的振动和滑起滑降、弹射伞降的起飞着陆冲击等一系列复杂的振动影响。为提高光电吊舱的成像质量,必须对振动加以控制。振动控制可分为主动控制和被动控制,在小型无人机上搭载光电吊舱要求隔振系统总体质量低、结构简单、可实现性强且经济适用,因此本课题针对机载光电吊舱的实际使用工况,研制一套适用于工业级无人机光电吊舱的被动隔振系统。首先进行了无人机飞行振动环境试验,获得光电吊舱实际工作阶段:无人机在一定的飞行高度和发动机转速条件下的振动信号,通过数据处理获得光电吊舱隔振器安装位置处叁个方向的时域特征和频域特征,为隔振系统设计提供依据。然后建立了光电吊舱隔振系统多自由度模型,根据数学模型和隔振理论指导隔振器的空间布局及相对位置、隔振器的叁向刚度及阻尼值和隔振系统框架结构的设计,以合理配置光电吊舱隔振系统的六个自由度固有频率。最终应用了一种小型干摩擦高阻尼金属隔振器。在此基础上建立了光电吊舱隔振系统动力学模型和隔振系统有限元模型,利用Adams/Vibration模块获得光电吊舱隔振系统的模态信息、耦合率、频率响应曲线和随机振动响应曲线,结果显示理论计算和仿真分析计算的固有频率最大误差为1.27%;利用Workbench软件进行了隔振系统框架的模态分析、强度分析和安装骨架的动刚度分析,检验隔振系统结构的适应性和可靠性。最后进行了光电吊舱隔振系统振动台试验包括正弦扫频试验和随机振动试验,获得隔振系统的固有频率、共振点放大倍数和振动衰减的情况,结果显示在激振力频率92.5Hz处的传递率竖直方向为0.2,水平方向为0.3;理论计算和振动试验的固有频率误差竖直方向为2.81%,水平方向为10.5%;隔振系统在0-250Hz频率范围内的隔振效率竖直方向为63.8%,水平方向为55.5%;无人机飞行实测获得的高质量图像也验证了隔振系统的隔振性能良好。本文研究工作具有实际工程意义同样可供机载被动隔振系统设计参考。
雷金利[8]2009年在《大负载光电稳定平台技术研究》文中提出光电稳定技术主要用于对战区进行昼夜侦察和监视,捕获目标并进行跟踪、识别、测距,控制精确制导武器的投放及目标指示等。在直升机、战斗机、舰船、无人机、导引头、地面车辆和航天飞行器都有应用。目前,光电稳定技术涉及的技术领域越来越广,主要完成的功能越来越多,精度要求越来越高,系统越来越复杂。光电稳定技术控制技术的研究也发生着巨大的变化,对光电稳定技术精度、可靠性、反应速度、网络通信等提出了更高的要求。本文首先概述了国内外光电平台的结构和视轴稳定方法以及光电平台的发展概况,介绍了常用的稳定与跟踪控制方法;进而从理论上分析了两轴光电稳定平台隔离载体角运动的原理,总结并提出了视轴稳定对伺服系统的性能要求,从而为伺服系统的设计提供了理论依据。本文详细介绍了稳定平台系统通常所采用的两轴四框结构,保证光电传感器视轴的稳定与跟踪,支承光具座的内万向架主要功能是尽可能隔离载体振动,避免阻力、平台移动、转动等干扰;外万向架主要作用是将内万向架与环境隔离,减小内万向架的环境扰动。对稳定平台内外环的数学模型,电机驱动模型、稳定控制器模型、测速反馈模型进行了详细的分析描述,建立了光电平台控制系统模型总体框架,为光电平台的设计实现打下了理论基础。本文针对机载激光通信系统的光电稳定平台,尤其对超过35Kg的大负载平台进行稳定研究;研究过程涉及:轴角测量技术,对粗精通道组合旋转变压器角输出信号的测量、数据处理内容等进行了深入研究,实现了平台轴角的自动检测及零位自动校准,提高了大负载稳定平台轴角输出精度;操作单杆输出信号处理方法,通过一系列补偿、非线性处理、死区调整能够自动实现平台运动与传感器视场的匹配,具有很好人机功效;光电平台主动捕获激光信标等多项关键技术。针对这些关键技术进行了深入研究和论述,为光电平台的研制提供了有力支撑。本文对光电稳定平台的实现、组成形式、技术指标进行了详细论述,论文涉及的研究内容、关键技术在大负载光电稳定平台样机上得到试验验证,其研究成果在大负载光电稳定平台样机上到了实际应用。本文最后结合实际外场试验情况对光电平台的最终达到的设计状态进行了总结。
万菁昱[9]2013年在《机载光电系统拓扑优化技术研究》文中研究指明近年来为了满足机载光电系统高质量、高性能、高精度、体积小、重量轻的产品需求,如何能在较短的研制时间内推出重量轻、稳定性好的机载光电产品,已成为各机载光电系统研制的核心技术问题。本文以通用机载光电系统与飞机连接的U型支架为主要研究对象,运用拓扑优化工具,开展机载光电系统零件轻量化设计研究。论文中探讨了国内外结构拓扑优化技术的发展现状及拓扑技术的主要应用领域,明确了目前机载光电系统结构减重设计应用技术的发展趋势,提出了运机载光电系统拓扑优化技术的研究目的、意义、内容及理论依据。运用拓扑优化等有限元分析手段进行了减重设计及强度的分析,完成了对机载光电系统与载机的连接件U型支架构型设计,实现了零件设计轻量化的目的。本文首先对U型支架进行了静态分析,根据实际经验,确定了载荷情况等边界条件,设定了U型支架的拓扑空间。将优化目标函数定为U型支架轻量化,约束条件定为固有频率、应力及位移,运用HyperWorks软件中Optistruct模块对U型支架的最大叁维空间包络进行轻量化拓扑,经过迭代计算得到最终的拓扑结果,U型支架几何模型经过规整后,得到理想U型支架的最终构型。新的U型支架经有限元分析,结果在工程许可范围内,重量减轻了14.9%,一阶模态达到了预期设计要求,对进行机载光电系统零件概念设计的设计人员来说具有一定参考价值。本文运用了先进的概念性设计方法——拓扑优化,得到了多工况指标下的U型支架最优材料布局,将最优的结构布局进行尺寸规整,最终取得了U型支架在设计包络内的设计最优解。在此基础上,总结出机载光电系统结构件利用拓扑优化合理减重的方法和流程,为机载光电系统的结构设计工作提供理论指导。
刘长顺[10]2014年在《车载光电稳定平台结构设计与优化》文中进行了进一步梳理车载光电稳定平台是安装于移动车辆上的承载光电设备的平台系统，用于隔离载车行进中带来的各种干扰运动，使安装在上面的光电设备相对于惯性空间保持基准稳定，保证设备的正常工作。本文设计了具有高精度、大承载、上装多任务载荷、轻量化和小型化等特点的车载光电稳定平台，提供了红外告警等设备正常的工作基准，对设备的高精度目标探测与引导起到了关键作用。首先，介绍了稳定平台系统的组成，完成平台的结构总体布局设计。根据承载重量及轴系精度要求，对轴承进行详细分析和校核，完成轴系设计。通过对测角单元的常用类型的对比介绍，确定相应的型号。其次，运用有限元分析软件MSC.Patran对关键件外框架进行结构分析，找出结构薄弱环节，并依据有限元分析结果，从两方面对外框架提出改进方案，包括结构的局部加强和筋结构优化等，对外框架进行结构优化改进。改进后的结构刚度有了很大提高，有限元分析结果令人满意。最后，对稳定平台的零件结构进行了简化处理，并对其进行整体的模态分析，得到平台的整机模态结果。通过分析振型和固有频率，判定稳定平台整体刚度与动态性能均满足要求。
参考文献：
[1]. 有限元分析在光电稳定系统结构设计中的应用[D]. 孙勇. 南京理工大学. 2004
[2]. 光电稳定平台的减振技术研究[D]. 李林. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2016
[3]. 光电稳定跟踪装置误差建模与评价问题研究[D]. 李岩. 国防科学技术大学. 2008
[4]. 机载光电平台的有限元分析及其关键零件的改进设计[D]. 朱可. 吉林大学. 2011
[5]. 边海防图像融合系统驱动机构研究[D]. 季玲玲. 南京理工大学. 2012
[6]. 小型无人机载光电稳定平台结构研究[D]. 李妍. 长春理工大学. 2013
[7]. 光电吊舱隔振系统设计及试验研究[D]. 王鹏鹏. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2016
[8]. 大负载光电稳定平台技术研究[D]. 雷金利. 长春理工大学. 2009
[9]. 机载光电系统拓扑优化技术研究[D]. 万菁昱. 西安工业大学. 2013
[10]. 车载光电稳定平台结构设计与优化[D]. 刘长顺. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2014
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