空間紅外遙感器機(jī)械系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、空間紅外遙感器是一種應(yīng)用于空間環(huán)境的精密光學(xué)儀器，主要功能是獲取地面和高低空運(yùn)動(dòng)物體的影像。它可以在短時(shí)間內(nèi)獲得寬正面，大縱深的圖像信息。特別是在夜間偵察和辨別散發(fā)熱流體的運(yùn)動(dòng)物體，有著CCD相機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)它具有寬廣的應(yīng)用前景：如紅外遙感、地質(zhì)勘察、火災(zāi)預(yù)警、氣象預(yù)報(bào)等。它的研制對(duì)提高我國(guó)在空間紅外遙感領(lǐng)域的能力和水平具有重大和深遠(yuǎn)的意義。
　　由于所搭載的衛(wèi)星平臺(tái)屬于小衛(wèi)星平臺(tái)(“試驗(yàn)三號(hào)衛(wèi)星”)，所以衛(wèi)星總體對(duì)紅外遙

2、感器的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸都有嚴(yán)格的限制。紅外遙感器的整機(jī)必須做到結(jié)構(gòu)緊湊，輕巧可靠。紅外遙感器機(jī)械系統(tǒng)的任務(wù)就是使整機(jī)的各個(gè)部分集成一個(gè)整體，并為它們提供一個(gè)穩(wěn)定，可靠的工作平臺(tái)。考慮到衛(wèi)星發(fā)射和在軌運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)又必須經(jīng)歷嚴(yán)酷力學(xué)環(huán)境，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要做到高剛度，高強(qiáng)度，低質(zhì)量。本文依據(jù)光學(xué)系統(tǒng)所要求的技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境要求，設(shè)計(jì)出機(jī)械系統(tǒng)的總體技術(shù)方案，詳細(xì)闡明其中關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)思想和實(shí)施要點(diǎn)。重點(diǎn)研究石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在鏡筒結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和

3、標(biāo)定系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)部件的磁鎖――力矩器控制技術(shù)。
　　為了實(shí)現(xiàn)空間遙感器紅外探測(cè)器的標(biāo)定功能，設(shè)計(jì)一套具有鎖定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部件來(lái)驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)黑體完成標(biāo)定和非標(biāo)定兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。針對(duì)航天器發(fā)射和在軌過(guò)程中特殊的力學(xué)環(huán)境，應(yīng)用永磁鎖定―――力矩器驅(qū)動(dòng)技術(shù)來(lái)控制標(biāo)定機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)部件。在發(fā)射過(guò)程中使用永久磁鐵吸引運(yùn)動(dòng)部件，限制運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；在標(biāo)定過(guò)程中，使用電磁力矩器驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)解鎖和標(biāo)定。分析永磁鎖定機(jī)構(gòu)的磁場(chǎng)分布，磁吸力情況以及電磁

4、力矩器的工作特性。對(duì)標(biāo)定機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，驗(yàn)證標(biāo)定機(jī)構(gòu)在不同形勢(shì)的干擾力矩下的鎖定情況。然后對(duì)標(biāo)定機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元模態(tài)分析，分析其固有頻率和振型。還計(jì)算在二年末期標(biāo)定機(jī)構(gòu)的可靠性指標(biāo)。
　　使用NSGA-Ⅱ多目標(biāo)優(yōu)化算法和復(fù)剛度模型對(duì)鏡筒結(jié)構(gòu)隔振系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，此方法可以給出一組優(yōu)化解集供設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際情況和目標(biāo)需求進(jìn)行篩選。根據(jù)隔振器建模和動(dòng)力學(xué)分析的要求，提出一種隔振器遲滯阻尼特性描述的模型―――變剛度變阻尼模型，即把隔振器

5、用并聯(lián)彈簧和阻尼器表示，并建立彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)隨振動(dòng)幅值和頻率變化的數(shù)學(xué)模型。使含有柔性支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的建模過(guò)程實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化和規(guī)范化。
　　應(yīng)用機(jī)械阻抗法分析基礎(chǔ)和被隔振體為柔性體時(shí)傳遞率函數(shù)的變化，并與剛性模型進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明在一定的條件下考慮柔性體的必要性。采用二階Krylov子空間投影法表示具有多自由度的柔性子結(jié)構(gòu)，把這種方法與模態(tài)綜合技術(shù)相結(jié)合對(duì)具有彈簧和阻尼連接的兩個(gè)子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行建模和動(dòng)力學(xué)分析，并與傳統(tǒng)的模態(tài)綜合計(jì)算方法進(jìn)