光電通信吊艙內(nèi)框架懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(nèi)框架的光電負(fù)載上而影響成像質(zhì)量和跟蹤精度，在光電吊艙內(nèi)外框架之間加入彈性支撐隔振元件。建立內(nèi)框架隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)耦合情況進(jìn)行分析和解耦設(shè)計(jì)。應(yīng)用能量法和Matlab語(yǔ)言編程對(duì)系統(tǒng)解耦率進(jìn)行計(jì)算分析，驗(yàn)證所提出設(shè)計(jì)方法的合理性與正確性，研究結(jié)果為光電吊艙隔振設(shè)計(jì)方面的研究提供了理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：光電通信吊艙；解耦；隔振；金屬橡膠

0 引言
隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)發(fā)展的需要，偵察情報(bào)在戰(zhàn)爭(zhēng)中的通信領(lǐng)域地位愈顯突出。為彌補(bǔ)固定站偵察視野受光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角限制的不足，把偵察系統(tǒng)安放在地面車輛、艦船、飛機(jī)、衛(wèi)星等動(dòng)載體上來(lái)擴(kuò)大光學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)視場(chǎng)并增加收容信息。光電吊艙是偵察系統(tǒng)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(tái)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)大于線振動(dòng)，尤其是在垂直于光軸的平面內(nèi)尤為嚴(yán)重，因此必須設(shè)法隔離不利的角振動(dòng)。
二軸四框架結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代光電吊艙中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)各框架間采用剛性連接，導(dǎo)致外界振動(dòng)直接傳至光電平臺(tái)，嚴(yán)重影響光電設(shè)備的工作效果。
本文對(duì)內(nèi)框架的運(yùn)動(dòng)耦合問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出懸置系統(tǒng)解耦條件，并設(shè)計(jì)了一種金屬橡膠隔振器，通過(guò)能量法驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。

1 懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 二級(jí)隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)
從子系統(tǒng)綜合理論出發(fā)，把光電吊艙看作由外框架和內(nèi)框架構(gòu)成的組合系統(tǒng)。其中，內(nèi)框架(包括懸置)可看作是要修改的子結(jié)構(gòu)。根據(jù)框架間的作用機(jī)理，找出子結(jié)構(gòu)間在總系統(tǒng)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(jù)內(nèi)框架子結(jié)構(gòu)所確定的動(dòng)態(tài)特性，就能比較準(zhǔn)確地預(yù)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(nèi)方位、內(nèi)俯仰兩層框架結(jié)構(gòu)構(gòu)成，本文建立了光電吊艙的二級(jí)隔振系統(tǒng)，如圖1所示。第一級(jí)，外隔振器安裝在吊艙與機(jī)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(xiàn)對(duì)光電吊艙整體隔振；第二級(jí)，內(nèi)框架通過(guò)隔振器彈性支撐在外俯仰框架上。

1．2 內(nèi)框架懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)，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(dāng)基礎(chǔ)受到較大激勵(lì)或激勵(lì)頻率達(dá)到系統(tǒng)共振頻率時(shí)，載體振動(dòng)劇烈，容易搖擺而失去穩(wěn)定。對(duì)于光電吊艙而言，內(nèi)外框架工作時(shí)會(huì)繞著自身的轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)一定的角度，以外俯仰框架為例，它的工作轉(zhuǎn)角范圍為+40°～-85°，需在鉛垂面內(nèi)頻繁轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xù)變化的力矩，使得對(duì)框架結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制變得復(fù)雜。
針對(duì)光電吊艙結(jié)構(gòu)的特殊性，設(shè)計(jì)一種空間支撐的內(nèi)框架懸置系統(tǒng)，如圖2所示(為便于表達(dá)，將內(nèi)框架畫成了規(guī)則形狀，實(shí)際上是不規(guī)則形狀)。這種懸置結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好，克服了載體旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(shè)計(jì)有利于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的解耦。

2 隔振系統(tǒng)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(tái)來(lái)安裝隔振器，由于光電吊艙體積小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于設(shè)計(jì)凸臺(tái)，故選用正交支撐。