热像仪的光轴热稳定性仿真及拓扑优化研究

热成像仪由于工作环境较为恶劣,且自身发热量较大,容易导致热像仪光轴发生热偏移,严重影响其瞄准性能。为了提高红外热像仪的光轴热稳定性,以某型热像仪光轴敏感部件——折转镜为主要研究对象,研究其在不同环境温度条件下的光轴变化情况,并通过构建折转镜的有限元仿真模型以及试验测试系统,获得与试验数据一致性较好的有限元模型;以此为基础,采用基于变密度法的拓扑优化仿真技术,以刚度最大化为设计目标,以体积分数为约束,对折转镜座进行了拓扑优化设计。通过试验测试得出,优化设计的折转镜座的光轴高温偏移量由46.1″减小到25.5″,减小了44.7%,折转镜座的光轴低温偏移量由92.9″减小到51.0″,减小了45.1%,极大地提高了折转镜的光轴热稳定性。最后,将优化后的折转镜安装到某型热像仪中进行整机试验测试,热像仪整机的高温光轴偏移量由0.461 mrad减小到0.340 mrad,下降了26.2%,低温光轴偏移量由0.485 mrad减小到0.296 mrad,下降了39.0%,证明了仿真与拓扑优化模型的可行性与有效性,为后续红外热像仪整机的轻量化设计与性能提升奠定了基础。

某型航空用矩形截面弹簧逆止器设计

传统的防逆转装置存在体积与质量大的缺点,不适用于对质量指标极度敏感的航空类产品。为此,提出一种小巧轻便的新型矩形截面弹簧逆止器设计方法,通过对逆止器中矩形截面弹簧进行力学分析,明确矩形截面弹簧的受力与变形关系,分析矩形截面弹簧尺寸、配合套筒过盈量与逆止性能的变化特性。推导矩形截面弹簧逆止器逆止有效条件,并引入遗传算法进行求解;根据求得的结构参数,运用CATIA软件建立矩形截面弹簧逆止器结构模型,并导入HyperWorks软件进行校核分析。结合样件试制及测试,结果表明:所提方法与传统摩擦盘式方法相比同负载条件下质量可降低约61%,仿真与实验对照验证所提方法的有效性。

组合式蒙皮型面切边柔性多点支撑装置设计

【目的】在飞机蒙皮加工过程中,加工零件使用的支撑装置所需的支撑点较多,在连接时需要拆装大量螺栓,需要花费大量的时间。本研究设计一种组合式蒙皮型面切边柔性多点支撑装置,可用于蒙皮零件的加工。【方法】该装置包括支撑构件、吸附构件和固定构件三大部分,支撑构件和吸附构件的相互配合,可对蒙皮零件进行吸附,可根据零件的尺寸来调节高度。固定构件使吸盘的高度一致。【结果】本装置具有结构简单、自锁性能好,能够调节工作高度的优点,实现在蒙皮零件加工过程中的吸附、支撑和调节高度等功能,也可在拆卸固定构件后进行单个调节。【结论】本装置对优化支撑装置和减少工作量具有重要意义。

机载光电侦察平台复合减振设计

为减小振动对机载光电侦察平台成像质量和稳定精度的影响,对光电平台进行了复合减振设计。分析了复合减振原理,针对以往单级隔振系统存在的缺点在平台内框架和外框架之间设计了二级减振系统,更加有效地隔离了外框架传递到内框架上的振动。采用二维参数优化方法计算出了复合减振系统的最优固有频率比fopt为1.43,最优阻尼比ζopt为0.243。最后,通过振动试验验证了光电平台复合减振效果。与以往单级隔振系统相比,复合减振系统的最大振动传递率降低了50%,振动传递率小于1的频率范围更宽,高频时传递率的衰减程度也大大优于单级隔振系统。得到的结果表明了光电平台复合减振设计的合理性和有效性。

红外导引头稳定平台主框架拓朴优化设计

为了提高红外导引头稳定平台动态性能,减小振动环境对其稳定精度和光电载荷成像质量的影响,采用基于变密度法的拓扑优化理论,利用NX/TOSCA软件,以刚度最大化为目标函数,以体积比约束为设计响应约束,对红外导引头稳定平台主框架进行了拓扑优化设计。对比分析了经优化设计和经验设计的主框架结构形式的刚度及模态振型。结果显示,经拓扑优化的主框架在动态性能有所提高的情况下,结构质量大幅地减小,最大变形量由3.2μm减小到2.8μm,一阶固有频率由1 567 Hz提高到1 953 Hz,质量减小32.4%,有利于导引头轻量化水平的提升和整机性能的提高。最后,通过振动试验和稳定精度的检测数据验证了主框架的动态性能,说明了拓扑优化结果的正确性,这种拓扑优化方法可为其他重要件结构设计提供帮助。

机载光电吊舱无角位移隔振设计

为减小振动对机载光电吊舱成像质量和稳定精度的影响,依据平行四边形原理、隔振理论及吊舱模态分析数据设计了无角位移隔振装置,该隔振装置能够将载机振动引起的角位移转化成线位移并有效地抑制线振动。对无角位移隔振装置进行了动态仿真分析,仿真结果显示最大线位移仅为0.7 mm,并能够在较短时间内迅速地衰减。利用光学测量法测量了无角位移隔振装置的减振效果,测量结果表明无角位移隔振装置最大角位移为10″,与以往采用金属减振器的隔振方式相比减振效果提高了一个数量级,基本实现了无角位移,减振效果非常明显。外场试飞图像效果也验证了无角位移隔振装置减振的有效性。

机载光电平台外框架结构优化设计

为减小机载光电平台的质量,提高机载光电平台动态性能,依据优化基本理论,以外框架壁厚、筋高和筋宽为设计变量,质量最小为目标函数,以固有频率不低于150 Hz为约束条件,对光电平台外框架进行了优化设计,在满足刚度和强度的前提下,优化后的外框架最大静力学变形量增加了0.015 mm,质量减小了1.4 kg,固有频率提高了近40 Hz。外框架经过优化后,去除了自身冗余的质量,改善了外框架的动态特性,提高了光电平台结构整机性能。最后通过振动试验验证了优化结果的正确性,和试验结果相比,仿真误差不超过10%,且优化后的外框架可以满足振动环境的使用要求。这种优化技术将为以后光电平台的设计提供有效的帮助。

航空遥感惯性稳定平台内框架拓扑优化设计

为了提高航空遥感惯性稳定平台动态性能,减小振动环境对光电载荷成像质量的影响,基于变密度法的拓扑优化理论,采用NX/TOSCA软件,以结构加权柔度最小化为目标函数,以节点的变形量和体积比约束为设计响应限制,对航空遥感惯性稳定平台内框架进行了拓扑优化设计。依据优化结果,对内框架具体结构形式进行了详细设计。采用NX/Nastran软件对优化后的内框架结构进行了仿真分析。静态分析结果显示,内框架最大变形量为3.5μm,满足指向精度误差分配的要求;模态分析结果显示,内框架结构一阶频率由260 Hz提高到334 Hz,其刚度满足伺服带宽的要求。拓扑优化设计使得内框架的质量由3.6 kg减小到1.8 kg,有利于平台轻量化的实现。最后,通过对指向精度和稳定精度的检测数据以及外场的飞行试验,验证了仿真分析的正确性,表明对内框架拓扑优化设计是成功的。

某无人机光电平台隔振设计及试验分析

机载光电平台的稳定性和跟踪精度受振动扰动的影响十分敏感,为了提高平台任务载荷的成像品质,需要通过合理的隔振设计对光电平台的振动环境加以改善。文章以某无人机吊舱平台为背景,结合被动隔振理论及被动隔振系统的动力学模型,给出光电平台隔振设计的技术思想及具体的隔振方案,并通过振动试验对隔振设计的效果进行了检验。试验结果表明,隔振系统内部测点的加速度均方根与外部测点的相比减小了60%,说明了隔振设计的减振效力,进而验证了隔振方案的合理性,为更深入的机载隔振系统设计提供了参考依据。

机载综合控制管理设备的余度设计

提高安全性和可靠性是机载设备的设计重点,余度技术是系统或设备获得高可靠性的设计方法之一。当系统发生故障时,余度系统能够自动完成系统重构,继续带故工作,从而提高系统的任务可靠性和安全性。从余度数目选择、余度结构、余度管理及策略设计、余度系统的单点故障影响分析和共模影响分析等几方面介绍了机载设备余度设计方法,同时分析了余度设计对设备的有利和不利影响,具有一定工程实用价值。

基于STM32和MPU6050姿态解算的研究与实现

使用MPU6050内置的DMP,实现了载体的姿态解算,不仅简化代码设计,而且降低了MCU的负担,MCU不用进行姿态解算过程,从而有更多的时间去处理其他事件,提高系统实时性。通过设计的硬件平台,软件仿真了三轴陀螺仪、三轴加速度和欧拉角实时变化,结果表明,姿态解算稳定可靠。

DO-254标准在机载电子硬件审定中的应用

现代机载设备广泛使用了复杂电子硬件(CEH),这对于适航性设计和审定带来了挑战。在ARJ21-700项目中,中国首次采用了RTCA DO-254作为机载复杂电子硬件的适航符合性方法,但标准的应用仍遇到许多困难。以ARJ21-700飞机机载电子硬件的审定经验为基础,梳理了复杂电子硬件的设计和审定过程,补充并解析了DO-254标准中未明确的简单电子硬件、商用现成产品(COTS)、验证标准等关键问题的审定要求,并就部分要求给出了建议的适航符合性验证方法,这些方法也在型号合格审定过程中得以初步应用。

陀螺漂移与温度动态过程的试验分析

本文讨论了陀螺仪起动时的热平衡过程，在陀螺漂移和内部温度，特别是温度的变化率之间建立动态数学模型，并且用广义最小二乘（ＧＬＳ）和递推最小二乘（ＩＬＳ）进行辨识。如果陀螺起动过程良好，就可以用补偿方法缩短惯导系统的准备时间。动力调谐陀螺起动过程的重复试验表明。

光电平台无角位移减振装置设计研究

光电平台是一种利用光电载荷实现目标探测与监视的光电系统,为了获得高质量的图像,设计了一套减振装置来减小振动对成像质量的影响,尤其是减小对图像质量影响较大的角振动。根据空间机构学原理和减振理论,尝试通过空间连杆机构来实现无角位移振动,分析了无角位移减振装置的减振机理,建立了无角位移减振装置仿真模型,计算了不同激励下无角位移减振装置的响应,并与目前普遍采用的隔振方案的角振动隔振效果进行了对比,角振动的隔振效果提高了2个数量级,实现了无角位移振动。分析结果显示无角位移减振装置原理正确,设计合理,能够满足无角位移振动的使用要求。

机载光电侦察平台EMC环境频谱研究

为了解决机载光电平台电磁辐射超标、干扰其他电子设备的问题,寻找光电平台的辐射发射和传导发射源,分析辐射发射和传导发射超标的产生机理,为光电平台进行电磁兼容设计提供理论指导。分析了周期性脉冲信号以及与实际电子线路中时钟信号、数字信号最接近的周期梯形脉冲信号的频谱结构,周期脉冲信号和周期梯形脉冲信号含有大量的高频频谱分量,信号变化越快,即脉冲的上升/下降时间越快,信号的高频分量越多。根据周期脉冲信号的这一特点,分析了光电侦察平台各组成部分的信号频谱特点,找到了光电平台的主要辐射发射和传导发射源。用频谱分析仪测试光电侦察平台各组成部分的电磁辐射情况,与理论分析情况一致,根据辐射源的频谱发射特点,针对不同的发射源采取了切实有效的改进措施,使光电侦察平台满足GJB151A-97中规定的海军飞机舱外设备电磁辐射发射要求。

机载光电平台内框架结构预测

为了满足机载光电平台内框架结构高稳定性的要求,提出了内框架结构及承载光电载荷系统的预测方案。针对光电平台内框架结构的三维模型,建立了与之对应的有限元模型,分别对其动、静稳定性进行了研究,分析内框架结构的力、热稳定性和固有频率。分析结果表明,设计的内框架结构在角加速度载荷和升温30 oC下的最大变形量分别为0.157μm和0.077 9 mm,三个光电载荷的不平行度小于0.1 mrad,内框架结构基频大于170 Hz,完全满足指标要求。对装配该设计内框架的光电平台进行了多种环境试验和精度检测,并在不同天气条件下通过了多次外场试飞验收,系统的工作可靠性能良好,成像质量清晰。

基于运动状态的航迹起始算法研究

针对传统的基于逻辑的航迹起始方法在量测扩展过程中存在的弊端,提出了基于目标运动状态的航迹起始算法,并给出了更为精确的起始波门构造方法。利用目标的位置信息形成候选目标航迹,在候选目标航迹扩展过程中,采用提出的修正Hough变换提取目标状态信息,并根据目标的状态信息对候选航迹进行检验。仿真结果表明,该算法比其他基于逻辑的方法有更低的虚警概率,并且对存储空间要求低,适于工程应用。

两自由度无角位移减振机构运动学建模和分析

在光电成像系统中,振动影响系统的成像质量,其中角位移尤为严重。为了减小振动对系统成像质量的影响,应用空间机构学原理和减振理论设计由基座平台、运动平台、空间连杆机构和减振元件组成的减振机构。在减振机构中,利用矢量法和坐标变换对空间连杆机构进行数学建模,推导出减振机构的运动学模型。在运动学模型的基础上,对减振机构的两种模型进行仿真、分析其运动特性,结果表明该机构可以有效的隔离振动、抑制角位移,对系统成像质量的提高具有重要的意义。

基于FPGA的CMOS图像传感器LUPA-4000时序设计

文章在分析CYPRESS公司CMOS图像传感器LUPA-4000驱动时序的基础上,采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)作为其硬件实现平台,使用Verilog作为该时序设计的编程语言,设计了在其极限频率66MHz下,包含系统校时功能、积分时间可调功能、并行操作功能、多斜率积分功能和NDR(Non-destructive readout)功能的驱动时序。该设计不仅能产生正确的时序以驱动芯片正常工作,而且充分开发了该器件的辅助扩展功能,大大增加了器件使用的灵活性,有效提高了该传感器的成像品质。经软件仿真和结合硬件平台的测试证明:该设计的正确性和稳定性均满足要求。此时序设计驱动下的探测器芯片动态范围更大、工作更灵活,适合于空间探测,尤其适用于空间暗目标的动态跟踪。

卫星偏置动量轮3D模型的优化设计与有限元分析

为提高卫星姿态控制系统的精度、寿命以及确定卫星合理的有效载荷和性能指标,提出了偏置动量轮整体优化设计方案。通过三维实体建模软件Pro/E建立轮体、壳体的密封罩和底座的简化几何模型,依据动量轮轮体和壳体的特性与设计要求,建立动量轮整体优化设计的数学模型;利用Matlab软件中fmincon和fminimax函数分别进行偏置动量轮整体优化设计计算。结合优化结果对结构尺寸进行适当调整,取动量轮半径为81 mm,轮缘高度和宽度分别为24、6 mm,轮辐高度和宽度分别为21、6 mm,轮体内环倒圆和外环倒圆为20、5 mm,壳体厚度为1 mm。经有限元分析验证后轮体的静态和动态性能均达到了指标要求,体积减小了15%。