【摘 要】
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高精度航天器和机载系统探测距离的逐步提升,对捕获、跟踪、瞄准（Acquisition,Tracking,Pointing,ATP）系统仪器视轴的稳定性和指向精度提出了更高的要求,亟需高精度视轴稳定系统将ATP系统的视轴稳定于惯性空间。宽频惯性基准作为高精度视轴稳定系统的重要组成部分之一,其上安装的惯性传感器将所敏感到的角扰动反馈到控制器,控制器驱动电机带动平台反向运动,实现平台的惯性稳定。惯性基准
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目——“基于磁流体动力学的宽频惯性基准关键问题研究”,项目批准号:61733012；
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高精度航天器和机载系统探测距离的逐步提升,对捕获、跟踪、瞄准（Acquisition,Tracking,Pointing,ATP）系统仪器视轴的稳定性和指向精度提出了更高的要求,亟需高精度视轴稳定系统将ATP系统的视轴稳定于惯性空间。宽频惯性基准作为高精度视轴稳定系统的重要组成部分之一,其上安装的惯性传感器将所敏感到的角扰动反馈到控制器,控制器驱动电机带动平台反向运动,实现平台的惯性稳定。惯性基准可以在宽频带内为ATP系统提供高精度的视轴基准,对其研究有极为重要的意义。宽频惯性基准机械结构部分的柔性支撑结构起着承载系统主要负载并分配系统自由度的作用。柔性支撑结构各向刚度特性决定了系统结构谐振特性,进而决定了系统可实现的带宽。柔性支撑结构刚度模型的准确性直接影响结构设计的可靠性。本文从柔性支撑结构与柔性铰链的刚度等效关系出发,建立了一种能够准确、高效的对柔性支撑结构进行尺寸设计的刚度模型。文章主要内容如下:1、对国内外宽频惯性基准方面的研究成果做了详细的论述;综述了柔性支撑结构的设计方法;分析了现有柔性支撑结构设计方法应用到宽频惯性基准的结构设计中存在的不足,阐述了本文研究的必要性。2、根据宽频惯性基准的工作环境,提出了系统的各项性能指标;从系统组成和工作原理出发,进一步提出了宽频惯性基准对柔性支撑结构的性能指标要求。3、对柔性支撑结构与单个柔性铰链间拓扑关系进行了分析。分析得出柔性支撑结构的刚度特性主要取决于其基本组成单元柔性铰链的刚度特性;通过引入柔性铰链设计新参数,推导了柔性铰链刚度设计新公式;与单个柔性铰链的有限元仿真结果进行比较得出:本文推导的刚度设计公式与有限元分析结果之间的误差小于5%,验证了柔性铰链刚度设计新公式的正确性。4、基于结构拓扑关系和柔性铰链刚度设计新公式,确定了柔性支撑结构的关键尺寸参数;对设计完成的柔性支撑结构的各向刚度和应力分布特性进行了有限元分析;同时,对基于所设计柔性支撑结构的惯性基准系统进行了模态分析。5、针对本文所设计的柔性支撑结构的特点,设计了柔性支撑结构各向刚度的实验测试装置,对柔性支撑结构各向刚度进行了实验测试,并与理论计算结果及有限元仿真结果进行了对比,从而验证了本文柔性支撑结构设计方法的有效性。
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