【摘要】：利用無人機(jī)偵察是打贏信息化戰(zhàn)爭的重要先決條件,有著其他偵察手段無法比擬的優(yōu)勢。機(jī)載光電平臺作為一種重要的有效載荷被認(rèn)為是無人機(jī)的“眼睛”,它集成了機(jī)械、通信、光電和自動化技術(shù),對于完成偵查、定位、跟蹤和校射等任務(wù)極為關(guān)鍵。機(jī)載光電平臺的結(jié)構(gòu)是整個光電系統(tǒng)的載體和執(zhí)行機(jī)構(gòu),其總體布局和結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到平臺的穩(wěn)定精度、響應(yīng)速度和承載能力等性能。目前機(jī)載光電平臺主要結(jié)構(gòu)形式主要有兩軸兩框、三軸三框、兩軸四框等,針對幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),提出了一種新型的高性能“四軸四框”結(jié)構(gòu)形式,并進(jìn)行了原理分析和有限元分析。在整體方案設(shè)計(jì)中,通過CATIA軟件建立了平臺的三維模型,結(jié)合AutoCAD軟件,完善了結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。介紹了“四軸四框”的結(jié)構(gòu)形式是由自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和球形機(jī)構(gòu)組成,分析了結(jié)構(gòu)方案的內(nèi)容和特點(diǎn),對框架結(jié)構(gòu)、自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸系和球形機(jī)構(gòu)軸系等主要機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)說明,完成了驅(qū)動電機(jī)、角度傳感器和軸承的選型和校核工作,結(jié)果證明了選用的關(guān)鍵元件符合使用要求和技術(shù)指標(biāo)。在平臺的原理分析中,主要對球形機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)動學(xué)分析。求解出了球形機(jī)構(gòu)是一種3自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu),得到了球形機(jī)構(gòu)的3個軸的角度輸入和末端執(zhí)行器的空間位置輸出關(guān)系,推導(dǎo)出了運(yùn)動學(xué)方程,驗(yàn)證了球形機(jī)構(gòu)是全解耦的,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。進(jìn)一步求解出了雅克比矩陣為單位陣,得到了運(yùn)動傳遞關(guān)系,證實(shí)了球形機(jī)構(gòu)具有輸入輸出關(guān)系簡單、無奇異點(diǎn)、完全各向同性、剛性均勻分布等特點(diǎn),并利用MATLAB軟件計(jì)算出球形機(jī)構(gòu)的工作空間基本覆蓋整個球體空間。在有限元分析中,主要對平臺重要構(gòu)件進(jìn)行了靜力學(xué)分析和疲勞分析。明確了有限元法應(yīng)用在機(jī)載光電平臺結(jié)構(gòu)方面的重要意義,介紹了有限元法的原理和實(shí)施步驟,利用ANSYS Workbench對球形框架和并聯(lián)機(jī)構(gòu)桿件進(jìn)行有限元分析,結(jié)果表明靜力特性符合要求。針對實(shí)際應(yīng)用情況對并聯(lián)機(jī)構(gòu)桿件進(jìn)行了疲勞分析,最終獲得并聯(lián)機(jī)構(gòu)桿件在恒定振幅載荷和隨機(jī)載荷下的疲勞情況,分析結(jié)果得出構(gòu)件滿足設(shè)計(jì)使用要求。綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析,證明了“四軸四框”結(jié)構(gòu)形式可以完成承載光電設(shè)備,驅(qū)動視軸在一定范圍內(nèi)移動并保持穩(wěn)定的功能,也能承受驅(qū)動力、載機(jī)振動、加速度和空氣阻力等載荷的作用,具備了輕量化、空間利用率高、通用性強(qiáng)、視軸范圍大和可操控性好等一系列優(yōu)點(diǎn),同時從原理上證明了“四軸四框”結(jié)構(gòu)形式可使平臺具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定精度高、工作范圍大和易于控制等特點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V241

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2737331