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直接傳至內框架的光電負載上而影響成像質量和跟蹤精度，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力學模型，對耦合情況進行分析和解耦設計。應用能量法和Matlab語言編程對系統解耦率進行計算分析，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。
關鍵詞：光電通信吊艙；解耦；隔振；金屬橡膠

0 引言
隨著現代軍事技術發展的需要，偵察情報在戰爭中的通信領域地位愈顯突出。為彌補固定站偵察視野受光學系統視場角限制的不足，把偵察系統安放在地面車輛、艦船、飛機、衛星等動載體上來擴大光學系統的動態視場并增加收容信息。光電吊艙是偵察系統的主要組成部分，其能否獲得高質量的清晰圖像決定了偵察效果。振動是引起光電平臺成像質量下降的主要原因之一，振動所引起的像質變化，使角振動大于線振動，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。
二軸四框架結構在現代光電吊艙中的應用越來越廣泛，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耦合問題進行了分析，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，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系。這樣，無須建立吊艙整體振動模型和方程，直接根據內框架子結構所確定的動態特性，就能比較準確地預估出吊艙整體的振動狀況。
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均勻分布的外隔振器上，實現對光電吊艙整體隔振；第二級，內框架通過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)均勻布置幾個隔振器，這種懸置為平面支撐結構，容易實現，控制簡單，隔振效果較好。采用這種懸置方式時，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，載體振動劇烈，容易搖擺而失去穩定。對于光電吊艙而言，內外框架工作時會繞著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，若采用上述懸置方式，彈性元件將會由受壓狀態向受拉狀態轉變，而隔振器中的彈性元件一般只工作在受壓狀態下。重心與彈心的不重合產生連續變化的力矩，使得對框架結構運動的控制變得復雜。
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，將內框架畫成了規則形狀，實際上是不規則形狀)。這種懸置結構緊湊，穩定性好，克服了載體旋轉運動時支撐件工況各向異性的缺點，隔振效率高，并且通過合理設計有利于系統動力學方程的解耦。

2 隔振系統動力學建模與耦合分析
2．1 動力學建模
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。