彈道相機(jī)工程分析

孟慶華

摘 要：為滿足彈道相機(jī)較高結(jié)構(gòu)剛度和高精度的測(cè)量要求，對(duì)彈道相機(jī)做了工程分析。文中介紹了彈道相機(jī)光機(jī)結(jié)構(gòu)組成，采用UG軟件對(duì)彈道相機(jī)進(jìn)行了風(fēng)載變形的有限元分析，同時(shí)也分析了在自重條件下的結(jié)構(gòu)變形。分析結(jié)果表明：在外界六級(jí)風(fēng)條件下，設(shè)備測(cè)量精度可以滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：彈道相機(jī) 工程分析 風(fēng)載變形

中圖分類號(hào)：V448.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（b）-0071-02

彈道相機(jī)是光學(xué)、機(jī)械、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科綜合的新一代靶場(chǎng)測(cè)量設(shè)備，在軍工方面具有很好的發(fā)展前景。對(duì)彈道相機(jī)的結(jié)構(gòu)剛度和測(cè)量精度提出了非常高的要求[1-2]，為了滿足高剛度和高精度要求，彈道相機(jī)的關(guān)鍵部分須通過(guò)精確的工程分析。

跟蹤架和攝像系統(tǒng)是彈道相機(jī)中主要核心部分，它的結(jié)構(gòu)剛度對(duì)彈道相機(jī)的精度起著舉足輕重作用。該文對(duì)彈道相機(jī)做了有限元工程分析，在外界風(fēng)載為六級(jí)風(fēng)條件下，分析計(jì)算了彈道相機(jī)的結(jié)構(gòu)抗變形能力，并對(duì)自重條件下重力變形也作了分析。

1 組成

彈道相機(jī)是由攝像系統(tǒng)、垂直軸系、水平軸系、調(diào)平機(jī)構(gòu)和底座等組成，通過(guò)垂直軸系和水平軸系轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)方位和俯仰的精密角度測(cè)量。垂直軸系是由角接觸精密軸承、調(diào)平機(jī)構(gòu)、方位力矩電機(jī)、方位編碼器和底座等組成。水平軸系是由左右軸、四通、轉(zhuǎn)臺(tái)、左右立柱、俯仰力矩電機(jī)、俯仰編碼器、手動(dòng)-機(jī)動(dòng)切換機(jī)構(gòu)和緩沖機(jī)構(gòu)等組成。

2 工程分析

2.1 分析要求

分別計(jì)算結(jié)構(gòu)豎直放置狀態(tài)下自重力作用下的變形，在常溫（參考溫度18℃）六級(jí)風(fēng)從正面、45°角方向及側(cè)面作用時(shí)結(jié)構(gòu)的變形。

2.2 結(jié)構(gòu)的有限元模型

材料參數(shù)如表1所示。

根據(jù)工作原理，有限元模型規(guī)模為7，847單元，12，744節(jié)點(diǎn)，如圖1所示，單元類型組成情況如表2所示。

2.3 風(fēng)載對(duì)結(jié)構(gòu)的變形影響分析

結(jié)構(gòu)豎直放置，在1g重力作用下，架的最大變形在圖2所示位置A處，其值為1.06E-07mm。鏡筒水平，分別計(jì)算在常溫，六級(jí)風(fēng)從正面、45°角和側(cè)面三個(gè)方向吹向結(jié)構(gòu)時(shí)結(jié)構(gòu)的變形如圖3（a）、圖3（b）和圖3（c）所示。六級(jí)風(fēng)的風(fēng)速為10.8m/s-13.8 m/s，取最大風(fēng)速13.8 m/s。當(dāng)風(fēng)吹過(guò)物體時(shí)在物體表面產(chǎn)生風(fēng)壓，計(jì)算得表面所受風(fēng)壓為1.2E-04MPa。在結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)表面加壓強(qiáng)，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

2.4 計(jì)算結(jié)果誤差分析

2.4.1 模型誤差

本模型對(duì)實(shí)體模型做了等效簡(jiǎn)化，這對(duì)計(jì)算結(jié)果帶來(lái)一定的模擬誤差。

2.4.2 約束處理

本分析計(jì)算將結(jié)構(gòu)等效簡(jiǎn)化，將基座三個(gè)凸臺(tái)上9個(gè)節(jié)點(diǎn)的6自由度全約束，這樣可能使分析計(jì)算模型的約束較實(shí)物模型的約束強(qiáng)，得到模態(tài)值偏高的結(jié)果。

2.4.3 材料屬性

材料的屬性系參考材料表而得，這就可能引入了剛度和質(zhì)量偏差。因?yàn)椴牧媳砩系膮?shù)是在一定工藝、測(cè)試條件下測(cè)試所得，而具體使用的材料卻不一定是在這種條件下制造出來(lái)的，所以從理論上講，分析模型是存在一定材料屬性誤差的。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)工程分析計(jì)算，儀器在45°角方向六級(jí)風(fēng)作用下，結(jié)構(gòu)受力變形倒致指向精度變化最大為0.2″，所以彈道相機(jī)能滿足在六級(jí)風(fēng)作用下的測(cè)量精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1]王洋，張景旭.大口徑望遠(yuǎn)鏡主鏡支撐優(yōu)化分析[J].光電工程，2009，36（1）：107—113.

[2]韓光宇，曹立華，高云國(guó)，等.1m望遠(yuǎn)鏡主反射鏡的支撐和裝配[J].光學(xué)精密工程，2012，20（9）：1922—1928.