运动平台上跟踪系统主镜筒动态特性分析

　　0 引 言

　　随着现代信息技术的发展，为了满足对观测范围和信息量的要求，人们将跟踪系统安装在移动站(车辆、舰船、飞机、卫星等)上。这样一来跟踪架既要跟踪目标又要克服运动载体自身以及经其传递至跟踪系统的振动的影响，以稳定视轴实现精确跟踪测量。这对跟踪架提出了更加严格的要求，除了要有高的机械精度和结构刚度外还要有良好的动态特性。跟踪系统的主镜筒承载着主光学系统和部分探测分系统，是跟踪系统最为关键的部件之一，其结构直接决定着系统的性能，因此研究其动力特性对整个系统的分析设计具有重要的意义。

　　基于主镜筒的重要地位，上世纪末就已有学者着手对其性能进行分析研究。其中长春光机所的杨洪波就撰文探讨空间遥感相机镜筒的静力变形[1]，并提出设计方案的改善途径;王俊[2]等分析了加强筋对空间光学镜筒的固有频率的影响，开始了结构动力学计算。随后进入二十一世纪，主镜筒性能的研究开始呈现多元性，其中具有代表性的是镜筒结构设计优化，镜筒设计轻量化，镜筒热应力分析等[3-5]。这些研究分析主要是为了分析优化及轻量化后结构的静变形和固有频率的变化。近年，苏州大学现代光学技术研究所[6]和中科院长春光机所[7]在模态分析的基础上开始研究镜筒的响应特性，分别对各自所设计的镜筒做正弦响应分析，获得正弦激励下位移、应力响应极值并将其与设计指标进行比较。

　　从现有文献可以看出目前研究人员所作的工作主要计算主镜筒整体在正弦激扰作用下的最大应力应变，以验证设计是否满足安全要求。但是，除了安全性外主镜筒中关键零部件特别是主、次镜相对位置也是影响系统动态性能的关键因素。系统在装调过程中已经将各个零部件安装到位，保证了系统的工作性能;然而在运输、工作过程中由于受到外界激扰作用，特别是冲击作用使零部件的相对位置随激扰发生改变。这种改变使得系统成像模糊，影响跟踪;同时主、次镜相对位置改变还是调焦系统设计必须考虑的关键因素之一[8]。目前还没有相关文献对这一因素进行研究分析。本文以主、次镜相对位置为研究对象，根据某移动站式跟踪系统设计方案，利用有限元方法分析了在冲击载荷作用下主、次镜相对位置的瞬态响应特性，验证结构最大响应值时是否满足使用要求。

　　1 分析模型的建立

　　主镜筒结构主要包括四通、蒙皮、窗口组件、主镜、反射镜、次镜及其附属结构等，由于次镜及其附属结构比较复杂，反射镜不是本研究关注的重点，为了使分析能顺利在 ansys 平台上运行，将这两部分结构简化成集中质量加在彼此的安装面上，模型中各个零部件之间的装配关系通过定义彼此之间的接触关系来模拟，接触单元采用 CONTA174 和TARGE170;整个系统实体模型用 SOLID187 单元划分，划分后的有限元模型如图1 所示，模型共划分74 154 个单元。计算时根据设计要求，分别在四通的左右两侧轴头连接处施加固定约束[9]。