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動物體的影像。它可以在短時間內(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)熱流體的運動物體，有著CCD相機(jī)無法比擬的優(yōu)勢。同時它具有寬廣的應(yīng)用前景：如紅外遙感、地質(zhì)勘察、火災(zāi)預(yù)警、氣象預(yù)報等。它的研制對提高我國在空間紅外遙感領(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)星平臺屬于小衛(wèi)星平臺(“試驗三號衛(wèi)星”)，所以衛(wèi)星總體對紅外遙

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)的各個部分集成一個整體，并為它們提供一個穩(wěn)定，可靠的工作平臺?？紤]到衛(wèi)星發(fā)射和在軌運行過程中系統(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)計思想和實施要點。重點研究石墨纖維增強(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)中運動部件的磁鎖――力矩器控制技術(shù)。
　　為了實現(xiàn)空間遙感器紅外探測器的標(biāo)定功能，設(shè)計一套具有鎖定機(jī)構(gòu)的運動部件來驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)黑體完成標(biāo)定和非標(biāo)定兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。針對航天器發(fā)射和在軌過程中特殊的力學(xué)環(huán)境，應(yīng)用永磁鎖定―――力矩器驅(qū)動技術(shù)來控制標(biāo)定機(jī)構(gòu)中的運動部件。在發(fā)射過程中使用永久磁鐵吸引運動部件，限制運動部件的轉(zhuǎn)動自由度；在標(biāo)定過程中，使用電磁力矩器驅(qū)動運動部件實現(xiàn)解鎖和標(biāo)定。分析永磁鎖定機(jī)構(gòu)的磁場分布，磁吸力情況以及電磁

4、力矩器的工作特性。對標(biāo)定機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析，驗證標(biāo)定機(jī)構(gòu)在不同形勢的干擾力矩下的鎖定情況。然后對標(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)剛度模型對鏡筒結(jié)構(gòu)隔振系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，此方法可以給出一組優(yōu)化解集供設(shè)計者根據(jù)實際情況和目標(biāo)需求進(jìn)行篩選。根據(jù)隔振器建模和動力學(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)的建模過程實現(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傳遞率函數(shù)的變化，并與剛性模型進(jìn)行對比說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)合對具有彈簧和阻尼連接的兩個子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行建模和動力學(xué)分析，并與傳統(tǒng)的模態(tài)綜合計算方法進(jìn)