【摘 要】
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随着空间光学遥感技术的不断进步,空间相机向高分辨率和轻量化发展。空间相机随卫星在火箭发射过程中承受正弦和随机振动,振动引起的空间相机结构变形与微应力会造成光学元件产生失调与面形误差,影响在轨成像质量。因此研究发射主动段空间光学相机减振技术具有重要的科研价值和工程意义。本文结合国家型号项目,针对0.8米分辨率、质量25kg同轴两反面阵视频成像空间相机进行减振系统研究,并且采用金属橡胶和硅橡胶进行空间
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
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随着空间光学遥感技术的不断进步,空间相机向高分辨率和轻量化发展。空间相机随卫星在火箭发射过程中承受正弦和随机振动,振动引起的空间相机结构变形与微应力会造成光学元件产生失调与面形误差,影响在轨成像质量。因此研究发射主动段空间光学相机减振技术具有重要的科研价值和工程意义。本文结合国家型号项目,针对0.8米分辨率、质量25kg同轴两反面阵视频成像空间相机进行减振系统研究,并且采用金属橡胶和硅橡胶进行空间光学相机减振技术探究。首先由金属橡胶和硅橡胶的本构模型推导出两者动力学模型的微分方程,分析得到金属橡胶和硅橡胶的减振系统的激励位移与响应位移的传递函数和动力放大系数,结合金属橡胶动力学分析计算得到金属橡胶的材料参数。接着,设计空间相机金属橡胶减振器和硅橡胶减振器,最后对金属橡胶和硅橡胶进行了试验,得到金属橡胶静力学、动力学特性和硅橡胶的温谱等参数。为验证理论建模的准确性,对无减振器、安装金属橡胶减振器和安装硅橡胶减振器三种方式的空间相机分别建立了有限元模型,对这三种空间光学相机有限元模型进行了静力学分析、光机集成分析、模态分析、频率响应分析和随机振动响应分析,有限元分析结果表明金属橡胶减振器和硅橡胶减振器衰减随机振动响应,金属橡胶减振器满足空间相机结构设计要求,而安装硅橡胶减振器后空间相机不满足固有频率要求。有限元仿真结果验证了理论分析的准确性。为验证理论建模和有限元仿真的准确性,对上述空间光学相机进行正弦扫频试验、正弦振动试验和随机振动试验,试验结果表明:无减振器和装配有金属橡胶减振器的空间相机X、Y与Z三个方向—阶固有频率均大于100Hz,远离卫星固有频率值,地面正弦扫频试验没有发生共振,而安装硅橡胶减振器的空间相机不满足空间相机固有频率的要求;随机振动试验中空间相机在X、Y与Z三个方向上激励总均方根值均为4.98grms,安装金属橡胶减振器的空间相机次镜在X、Y与Z三个方向上振动响应分别为3.381grms、2.884grms和1.969grms,安装硅橡胶减振器的空间相机次镜在X、Y与Z三个方向上振动响应分别为3.167grms、2.85grms和3.195grms。试验结果验证了金属橡胶减振器和硅橡胶减振器有显著减振效果,试验结果和有限元分析结果相近,证明理论建模的合理和准确性。为研究金属橡胶和硅橡胶的减振性能的规律,进行了不同振动量级和不同承载重量的振动试验,得出金属橡胶随承载重量增加,减振性能增强的结论,得到硅橡胶和金属橡胶随振动量级变化的关系,这些结论为空间相机或者其他航天器的减振器参数设计提供了依据。
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