水平式机架结构设计要素

　　作为运动目标跟踪测量平台，光电望远镜水平式机架是其中的一种结构形式，其具有以下特点：

　　1.天顶处无跟踪盲区，高仰角空域跟踪性能好。

　　2.目标在高仰角空域时，轴系误差对测角精度影响较小。

　　这些特点决定了它在高仰角运动目标的跟踪、瞄准、测量中有绝对优势。

　　1 水平式结构设计的基本要素

　　1.1 结构形式

　　水平式机架结构上主要由两个回转轴系和基座组成。两个回转轴系分别称为经轴和纬轴。因两轴线均平行于大地水平面，固称之为水平式结构。基座对两个回转轴系起支撑作用。水平式机架原理示意图见图1，图2为结构外形图。

　　1.2 结构设计的基本要素

　　水平式机架是光机电一体化平台，从结构整体出发，设计要考虑光学系统的布局、轴系的结构形式、力学特性、材料的选择、环境、加工工艺性等因素，它们与技术指标密切相关。

　　1.2.1光学系统

　　光电望远镜的光学结构(口径和焦距)决定了机架的结构尺寸及外形。

　　以伽利略望远镜为代表的折射式望远镜光学系统，其口径相对较小，光学镜面加工较容易，但焦距较长，使得望远镜镜筒作的很长，因此需有较大的回转半径。

　　以牛顿望远镜为代表反射式光学系统口径相对增大，光学镜面加工要求更苛刻，但由于反射光学结构缩短，使得望远镜镜筒缩短很多，回转半径相对减小。

　　1.2.2两轴转角范围

　　图1中，光电望远镜配置在纬轴上，纬轴转动使光电望远镜的视轴沿纬度方向移动，同时支撑纬轴的经轴转动使光电望远镜的视轴沿经度方向移动，为了避免视轴遮挡，纬轴与经轴要设置在不同的高度。

　　水平式机架对高仰角目标跟踪时精度较高，而当目标接近水平面时的跟踪误差较大。考虑检测的需要镜筒能够转到水平位置，因此两轴跟踪转角范围应不超过±80°，检测时转角范围应不超过±95°。

　　1.2.3对称性设计

　　结构对称性是指在设计过程中尽量将结构部件的重心布置到回转轴上以减少不必要的配重。这样可使电机的功率作用在有效的载荷上，从而降低电机功率和减轻电机自身重量。

　　纬轴系设计时，主要考虑对光电望远镜的平衡，同时纬轴系结构重量要尽量轻。

　　经轴系设计时，主要考虑对光电望远镜和纬轴系的平衡。

　　1.2.4结构刚度

　　跟踪目标决定了水平式机架速度和加速度很低，但跟踪精度要求较高，因此对系统频带也有较高要求。结构刚度即结构谐振频率是决定系统频带的基本因素，合理的结构谐振频率不应小于系统带宽的6倍。决定结构刚度的关键因素是轴系支承方式和其中的重要件。提高轴系支承刚度应采取的措施：