电磁力滤波与快速反射镜光学补偿在潜航器光轴稳定控制中的应用

搭载在潜航器上的光电桅杆是光电跟瞄的重要装置.当潜航器在水下高速行进时,海水会在物体表面形成脱体边界层和涡街,涡街的生成和脱体会引起阻力和升力的大幅度波动,从而对光轴稳定性产生极大的扰动.本文首先基于电磁场和流体力学的基本控制方程,通过层次结构网格下的有限体积法探讨了电磁流体表面控制对潜航器绕流流场的影响和消涡减振效果;其次,分析并获得了快速反射镜(fast steering mirror,FSM)的结构特性、传递函数和PID控制策略;最后,以潜航器光路模型为研究背景,结合电磁流体的滤波特性和FSM的传递函数,论证了复合控制对潜载光电跟瞄系统稳定性提高的效果.结果表明,壁面流向电磁力能很好地调控潜航器绕流边界层,抑制涡激振动、减少光学系统的输入噪声,在此基础上通过FSM实现二次补偿,可以进一步提高光学系统跟踪的精度.本研究是电磁流体控制在光电领域的探索,也是对传统流体力学实验方法的拓展,因此具有一定的科学意义和实用价值.