某无人机光电平台隔振设计及试验分析

    1引言

    无人机吊舱主要为可见光电视等高灵敏度光学载荷提供机动灵活、实时准确、范围广泛、稳定的追踪平台。 吊舱结构由外方位（包括电机组件、外方位盘和外方位框架）、外俯仰、内俯仰（包括内俯仰及电视等光学设备）3 个主要部分组成，如图 1 所示。 外方位框架能够实现绕 Z 轴 360°旋转；外俯仰能够实现绕 Y 轴一定角度范围旋转，它与外方位之间通过轴承机构连接；内俯仰有两个主要功能，首先它能在外俯仰旋转的基础上进一步实现绕 Y 轴一定角度范围旋转，其次它是光学载荷的直接平台。 实际挂飞过程中，整个吊舱系统通过外方位盘实现与挂飞结构的连接，外方位盘是整个吊舱系统唯一的载荷传递路径。

    由于机载环境恶劣，尤其是机载的振动对成像系统的影响尤为严重，为提高光电平台光学载荷成像系统的成像品质和稳定精度，必须对载体的振动加以隔离和抑制[1-2]。 该无人机光电平台工程样机采用橡胶隔振器对内俯仰实现振动扰动的被动式隔离和抑制。

    橡胶隔振器被动隔振措施结构简单、可靠性高，不需要系统外能量输入，经济实用[3-5]。 振动试验结果表明了这种隔振思想的正确性以及具体实现方式的有效性。

    2 被动隔振原理及系统动力学模型

    2.1 被动隔振原理

    单自由度阻尼弹簧系统（如图 2）是描述被动隔振的理想力学模型。 刚体质量块 m 表示的是需要隔振的对象，可以是被隔离的机载吊舱平台，也可以是光学载荷。 弹簧（k）—阻尼（c）系统表征隔振器的变形和阻尼效应，这里忽略了隔振器的惯性效应，但不会对隔振器中低频段隔振效果的分析带来本质影响[6-7]。

    对于被动隔振系统，其振动传递率为 T，

    式中 f 为振动扰动力频率；f0为隔振系统的固有频率；ξ 为隔振器阻尼。

    图 3 为振动传递率 T 与频率比 f/f0及阻尼 ξ 三者之间的关系，图中可以看出，当 f/f0=1 时，振动传递率最大，此时隔振系统处于共振状态；当 f/f0= 姨2时，传递率 T=1，此时隔振器系统无隔振效果；当 f/f0＞1 时，传递率 T＜1，隔振器系统有一定隔振效果。 因此，要达到隔振效果，即 T＜1，必须使 f/f0＞ 姨 2。

    2.2 被动隔振系统动力学模型[6-7]

    隔振系统的动力学模型不能只用一个自由度方向来描述， 需要考虑隔振系统质心偏离其平衡位置的 3个主轴方向的位移 x0，y0，z0，速度x0，y0，z0，以及质心绕 3 个主轴的转角 α，β， ，角速度α，β， ，这样平台上任意位置坐标（xi，yi，zi）的位移（dxi，dyi，dzi）和速度（xi，yi，zi）可以表示为：