光電通信吊艙內框架懸置系統設計與分析

摘要：為避免光電通信吊艙的外界振動(dòng)直接傳至內框架的光電負載上而影響成像質(zhì)量和跟蹤精度，在光電吊艙內外框架之間加入彈性支撐隔振元件。建立內框架隔振系統的動(dòng)力學(xué)模型，對耦合情況進(jìn)行分析和解耦設計。應用能量法和Matlab語(yǔ)言編程對系統解耦率進(jìn)行計算分析，驗證所提出設計方法的合理性與正確性，研究結果為光電吊艙隔振設計方面的研究提供了理論基礎。
關(guān)鍵詞：光電通信吊艙；解耦；隔振；金屬橡膠

0 引言
隨著(zhù)現代軍事技術(shù)發(fā)展的需要，偵察情報在戰爭中的通信領(lǐng)域地位愈顯突出。為彌補固定站偵察視野受光學(xué)系統視場(chǎng)角限制的不足，把偵察系統安放在地面車(chē)輛、艦船、飛機、衛星等動(dòng)載體上來(lái)擴大光學(xué)系統的動(dòng)態(tài)視場(chǎng)并增加收容信息。光電吊艙是偵察系統的主要組成部分，其能否獲得高質(zhì)量的清晰圖像決定了偵察效果。振動(dòng)是引起光電平臺成像質(zhì)量下降的主要原因之一，振動(dòng)所引起的像質(zhì)變化，使角振動(dòng)大于線(xiàn)振動(dòng)，尤其是在垂直于光軸的平面內尤為嚴重，因此必須設法隔離不利的角振動(dòng)。
二軸四框架結構在現代光電吊艙中的應用越來(lái)越廣泛，但是傳統的結構各框架間采用剛性連接，導致外界振動(dòng)直接傳至光電平臺，嚴重影響光電設備的工作效果。
本文對內框架的運動(dòng)耦合問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出懸置系統解耦條件，并設計了一種金屬橡膠隔振器，通過(guò)能量法驗證了設計的合理性。

1 懸置系統設計
1．1 二級隔振系統設計
從子系統綜合理論出發(fā)，把光電吊艙看作由外框架和內框架構成的組合系統。其中，內框架(包括懸置)可看作是要修改的子結構。根據框架間的作用機理，找出子結構間在總系統中的一般匹配關(guān)系。這樣，無(wú)須建立吊艙整體振動(dòng)模型和方程，直接根據內框架子結構所確定的動(dòng)態(tài)特性，就能比較準確地預估出吊艙整體的振動(dòng)狀況。
光電吊艙整體由外方位、外俯仰和內方位、內俯仰兩層框架結構構成，本文建立了光電吊艙的二級隔振系統，如圖1所示。第一級，外隔振器安裝在吊艙與機身連接的基座上，光電吊艙整體坐在四個(gè)均勻分布的外隔振器上，實(shí)現對光電吊艙整體隔振；第二級，內框架通過(guò)隔振器彈性支撐在外俯仰框架上。

1．2 內框架懸置系統設計
常用的載體懸置方式是在載體底部(或頂部)均勻布置幾個(gè)隔振器，這種懸置為平面支撐結構，容易實(shí)現，控制簡(jiǎn)單，隔振效果較好。采用這種懸置方式時(shí)，載體的重心始終高于隔振器的支撐平面，即彈性元件的彈心與重心不重合。當基礎受到較大激勵或激勵頻率達到系統共振頻率時(shí)，載體振動(dòng)劇烈，容易搖擺而失去穩定。對于光電吊艙而言，內外框架工作時(shí)會(huì )繞著(zhù)自身的轉軸而旋轉一定的角度，以外俯仰框架為例，它的工作轉角范圍為+40°～-85°，需在鉛垂面內頻繁轉動(dòng)，若采用上述懸置方式，彈性元件將會(huì )由受壓狀態(tài)向受拉狀態(tài)轉變，而隔振器中的彈性元件一般只工作在受壓狀態(tài)下。重心與彈心的不重合產(chǎn)生連續變化的力矩，使得對框架結構運動(dòng)的控制變得復雜。
針對光電吊艙結構的特殊性，設計一種空間支撐的內框架懸置系統，如圖2所示(為便于表達，將內框架畫(huà)成了規則形狀，實(shí)際上是不規則形狀)。這種懸置結構緊湊，穩定性好，克服了載體旋轉運動(dòng)時(shí)支撐件工況各向異性的缺點(diǎn)，隔振效率高，并且通過(guò)合理設計有利于系統動(dòng)力學(xué)方程的解耦。

2 隔振系統動(dòng)力學(xué)建模與耦合分析
2．1 動(dòng)力學(xué)建模
彈性支撐分為斜支撐和正交支撐，斜支撐需要一定角度的凸臺來(lái)安裝隔振器，由于光電吊艙體積小，結構復雜，不便于設計凸臺，故選用正交支撐。