機(jī)載光電吊艙隔振系統(tǒng)研究綜述

董萬(wàn)元

（中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所，西安 710065）

光電吊艙是以無(wú)人機(jī)、直升機(jī)或預(yù)警機(jī)等作為載機(jī)，利用光電吊艙內(nèi)成像系統(tǒng)對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行搜索定位、識(shí)別跟蹤、導(dǎo)航指引及動(dòng)態(tài)監(jiān)視等，獲取地面目標(biāo)的清晰圖像，以供偵查、作戰(zhàn)分析或遠(yuǎn)程打擊。光電吊艙的內(nèi)部集成了用于成像的多種光學(xué)元件，除光學(xué)鏡頭等光電部件的自身質(zhì)量會(huì)影響成像效果外，光電設(shè)備載體的結(jié)構(gòu)振動(dòng)成為影響其成像質(zhì)量的主要因素[1]。振動(dòng)引起圖像模糊的原因是由于成像系統(tǒng)相對(duì)于飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及目標(biāo)相對(duì)于成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。在動(dòng)態(tài)成像曝光時(shí)間內(nèi)，若成像點(diǎn)相對(duì)于傳感器發(fā)生移動(dòng)，像移部分雖然可以通過(guò)成像算法消除，但殘留的像移影響卻無(wú)可避免，于是就導(dǎo)致了圖像模糊[2]。

機(jī)載光電吊艙受到的振動(dòng)主要包括機(jī)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)和光電吊艙自身擾動(dòng)。機(jī)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、外部氣流擾動(dòng)、機(jī)動(dòng)飛行以及螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)等引起的外部振動(dòng)。機(jī)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)的特點(diǎn)是頻率帶寬較寬、振動(dòng)量級(jí)大，涵蓋了頻率從5～2000 Hz的不同量級(jí)的振動(dòng)[3]，對(duì)光電設(shè)備成像質(zhì)量的影響十分嚴(yán)重。光電吊艙自身振動(dòng)即光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的調(diào)焦、變倍機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)引起的振動(dòng)，以及相機(jī)的重心不固定和攝像機(jī)座架搖擺產(chǎn)生的振動(dòng)等。自身擾動(dòng)的特點(diǎn)是引起的振動(dòng)較小，但是對(duì)成像質(zhì)量的影響卻不可避免。由此可知，無(wú)論是外部振動(dòng)還是自身擾動(dòng)，都將直接或間接地對(duì)光電系統(tǒng)的成像質(zhì)量、穩(wěn)瞄精度和光電器件的使用壽命、可靠性等產(chǎn)生不利影響[4]。雖然目前光電吊艙伺服穩(wěn)定系統(tǒng)帶寬可以做到25 Hz左右，對(duì)系統(tǒng)帶寬以內(nèi)的振動(dòng)擾動(dòng)可由伺服穩(wěn)定系統(tǒng)來(lái)消除，但是對(duì)系統(tǒng)帶寬以外的高頻振動(dòng)擾動(dòng)，必須對(duì)光電吊艙進(jìn)行隔振設(shè)計(jì)來(lái)減小載機(jī)的振動(dòng)載荷對(duì)光電吊艙造成的不利影響，從而提高機(jī)載光電吊艙成像系統(tǒng)的清晰度、分辨能力以及瞄準(zhǔn)精度等。

傳統(tǒng)的機(jī)載設(shè)備沒(méi)有精度控制要求，常采用4個(gè)或6個(gè)金屬或橡膠減振器直接與載機(jī)連接。由于設(shè)備的重心高于隔振安裝點(diǎn)，這種支撐方式會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的俯仰角振動(dòng)。文獻(xiàn)[5]指出最大角振動(dòng)可達(dá)144″，這個(gè)量級(jí)將導(dǎo)致成像模糊。例如機(jī)載激光瞄準(zhǔn)器距離靶標(biāo)400 km，若要使激光瞄準(zhǔn)點(diǎn)的瞄準(zhǔn)誤差控制在0.5 m以內(nèi)，則控制鏡的角指引精度就需要控制在10-6rad量級(jí)[6]。文獻(xiàn)[7]中分析表明，線振動(dòng)振幅為1 mm的影響和物體相對(duì)于飛機(jī)上的CCD探測(cè)器產(chǎn)生的像移都可忽略不計(jì)，并且傳遞函數(shù)很高，而角振動(dòng)影響卻非常大，傳遞函數(shù)很低，角振動(dòng)的振幅為30″產(chǎn)生的像移是線振動(dòng)振幅為1 mm時(shí)產(chǎn)生像移的436倍。因此角振動(dòng)對(duì)成像質(zhì)量的影響比線振動(dòng)大得多，角振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響光電吊艙的成像質(zhì)量。

因此機(jī)載光電吊艙隔振設(shè)計(jì)較電子設(shè)備有所不同，除對(duì)隔振系統(tǒng)的頻率要求較低之外，通常隔振系統(tǒng)的頻率低于30 Hz，更主要的是能夠抑制光電吊艙的角位移振動(dòng)。因此，如何消除角振動(dòng)成為光電吊艙隔振設(shè)計(jì)的重中之重。本文的目的是綜述近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)機(jī)載光電設(shè)備的隔振設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，以及隔振安裝形式，從振動(dòng)對(duì)光電設(shè)備成像的影響分析和無(wú)角位移隔振設(shè)計(jì)方法兩個(gè)方面進(jìn)行綜述。

1 振動(dòng)對(duì)光電設(shè)備成像的影響

光電吊艙結(jié)構(gòu)質(zhì)量的不平衡以及在內(nèi)外擾力的作用下，將不可避免地導(dǎo)致光電設(shè)備內(nèi)部元件的振動(dòng)，使光路傳輸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使得光電系統(tǒng)的圖像不清晰。文獻(xiàn)[7-8]中從光路成像原理分析了線性振動(dòng)和角振動(dòng)對(duì)光電吊艙成像質(zhì)量的影響，分析方法如圖1和圖2所示，其結(jié)論是角振動(dòng)對(duì)成像質(zhì)量的影響比線性振動(dòng)大得多。究其原因在于光電吊艙的鏡頭距離跟蹤目標(biāo)的距離達(dá)幾公里甚至幾十公里，鏡頭的角振動(dòng)所產(chǎn)生的圖像位移量遠(yuǎn)大于線性振動(dòng)所產(chǎn)生的圖像位移量。

圖1 線性振動(dòng)示意 Fig.1 Schematic diagram of linear vibration

圖2 角振動(dòng)示意 Fig.2 Schematic diagram of angular vibration

軍械工程學(xué)院的李玉龍等人[9]認(rèn)為，光學(xué)系統(tǒng)的振動(dòng)與物體空間六自由度系統(tǒng)類似，可分解為三軸平動(dòng)和繞三軸轉(zhuǎn)動(dòng)。于是利用幾何分解方法將角振動(dòng)進(jìn)行分解，可等效成像點(diǎn)相對(duì)于像面的線振動(dòng)，如圖3所示。建立角振動(dòng)參數(shù)與像點(diǎn)相對(duì)像面的線振動(dòng)參數(shù)的關(guān)系式，再通過(guò)分析縱向、橫向的高頻、低頻線振動(dòng)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)MTF的影響，推導(dǎo)出線振動(dòng)參數(shù)與MTF的量化關(guān)系式，得到對(duì)應(yīng)的角振動(dòng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)MTF影響的量化關(guān)系，進(jìn)而研究光電平臺(tái)的角振動(dòng)對(duì)光學(xué)成像系統(tǒng)傳遞函數(shù)（MTF）的影響。研究結(jié)果表明，高頻角振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)頻率對(duì)調(diào)制傳遞函數(shù)的影響較小，振幅影響較大，振動(dòng)幅值越大，調(diào)制傳遞函數(shù)減小越快，圖像質(zhì)量下降也越快。低頻角振動(dòng)時(shí)，角振動(dòng)幅值對(duì)圖像質(zhì)量影響較大，要保證角振動(dòng)的幅 值在允許的范圍內(nèi)，可通過(guò)縮短曝光時(shí)間來(lái)增加有效的分辨率。

經(jīng)分析，角振動(dòng)較線振動(dòng)對(duì)光電吊艙成像效果的影響大，光電吊艙的隔振設(shè)計(jì)必須考慮系統(tǒng)的角振動(dòng)問(wèn)題，盡可能減小系統(tǒng)的角振動(dòng)，角振動(dòng)控制問(wèn)題成為制約光電吊艙隔振設(shè)計(jì)發(fā)展的因素。為了能更好地抑制角振動(dòng)，很有必要探討隔振系統(tǒng)角振動(dòng)產(chǎn)生的原因，并對(duì)其進(jìn)行有效的分析。

圖3 角振動(dòng)分解原理 Fig.3 Schematic diagram of angular vibration decomposition

2 隔振系統(tǒng)的角振動(dòng)分析

要分析被隔振設(shè)備的角振動(dòng)，則需建立隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，求解被隔振設(shè)備的運(yùn)動(dòng)方程。為了研究方便，假設(shè)光學(xué)設(shè)備僅承受平面內(nèi)垂向y的振動(dòng)激勵(lì)，以設(shè)備的質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)o，于是光學(xué)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為質(zhì)心沿坐標(biāo)軸的平動(dòng)y和設(shè)備繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)θz。建立光學(xué)設(shè)備平面內(nèi)的兩自由度隔振模型，見(jiàn)圖4，設(shè)備的質(zhì)量為m，設(shè)備繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jz，減振器1、2的垂向剛度為k1、k2，阻尼為c1、c2。依據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，應(yīng)用拉格朗日方程可以得到隔振系統(tǒng)簡(jiǎn)化后的振動(dòng)控制方程為：

令方程（2）中X1=mS2+(c1+c2)S+k1+k2，X2= (c2b-c1a)S+k2b-k1a，X3=JzS2+(c1a2+c2b2)S+k2b2-k1a2，X4=(c1+c2)S+k1+k2，于是垂向振動(dòng)和俯仰振動(dòng)的傳遞函數(shù)分別為：

從隔振系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（3）可知，垂直y向與繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)相互耦合。即使只有垂向y的平動(dòng)擾動(dòng)，也會(huì)引起設(shè)備繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰角振動(dòng)。如果能使得減振器的剛度和阻尼滿足關(guān)系：

圖4 隔振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 Fig.4 Dynamics model of vibration isolation system

方程（1）中 0y˙、y0分別為基礎(chǔ)垂向的速度和位移擾動(dòng)，且忽略基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)動(dòng)角擾動(dòng)。該系統(tǒng)垂向振動(dòng)的固有頻率ω1和繞z軸的俯仰振動(dòng)的固有頻率ω2分別為：

設(shè)方程（1）所有變量的初始條件為0，經(jīng)拉普拉斯變換并整理后，可得傳遞函數(shù)方程為：

即1#、2#減振器的剛度比和阻尼比均等于重心到各自安裝支撐點(diǎn)的距離之比的倒數(shù)，于是可以使方程（1）解耦，消除垂向y的平動(dòng)與繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)之間的耦合振動(dòng)。由此可知，設(shè)備的質(zhì)心與隔振系統(tǒng)的剛度中心偏離，以及兩隔振器的剛度和阻尼不匹配是引起設(shè)備俯仰角振動(dòng)的重要因素。

3 光電吊艙隔振設(shè)計(jì)

機(jī)載光電吊艙隔振安裝是通過(guò)在機(jī)體與吊艙之間安裝減振器，以降低機(jī)體振動(dòng)向吊艙的傳遞，從而提高吊艙的成像效果。橡膠減振器具有安裝形式多樣、質(zhì)量輕、減振效果好等優(yōu)點(diǎn)。劉家燕等人[10]設(shè)計(jì)的橡膠減振器在機(jī)載光電吊艙上得到成功應(yīng)用，其缺點(diǎn)是不耐腐蝕、剛度受溫度影響，因此應(yīng)用范圍仍然受到限制。于是又展開(kāi)鋼絲繩減振器、金屬摩擦減振器、金屬絲網(wǎng)減振器和金屬橡膠減振器等金屬減振器在光電設(shè)備上的應(yīng)用研究，隔振系統(tǒng)的頻率可以設(shè)計(jì)到10～30 Hz，隔振效果優(yōu)異，而且環(huán)境適應(yīng)性較橡膠減振器強(qiáng)，因此成為光電吊艙減振設(shè)計(jì)的良好選擇。法國(guó)Hutchinson為EC135直升機(jī)的光電吊艙設(shè)計(jì)的隔振系統(tǒng)如圖5所示，固有頻率為10 Hz左右，隔振器為金屬絲網(wǎng)隔振器，采用平面內(nèi)四點(diǎn)支撐的布局形式，由于結(jié)構(gòu)布局簡(jiǎn)單，因此在機(jī)載光電吊艙上得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的很多機(jī)載光電吊艙也采用這種安裝形式，包括洛陽(yáng)的612所、613所、兵器205所等。

平面四點(diǎn)安裝的隔振系統(tǒng)的缺點(diǎn)也是比較明顯的，由于重心與剛度中心的偏離，帶來(lái)的角振動(dòng)問(wèn)題比較明顯，因此這種結(jié)構(gòu)對(duì)于提高光電吊艙的成像質(zhì)量有限。近年來(lái)學(xué)者們提出了光電吊艙的多種隔振安裝形式，包括無(wú)角振動(dòng)隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法等，并進(jìn)行了理論與試驗(yàn)的研究。

中國(guó)空間技術(shù)研究院的李創(chuàng)等人[11]依據(jù)平行四邊形原理，利用金屬絲網(wǎng)隔振器設(shè)計(jì)了一種無(wú)轉(zhuǎn)角的 隔振平臺(tái)，其樣機(jī)模型如圖6所示。該裝置可以有效隔離由光電吊艙載體引起的20 Hz以上的振動(dòng)，采用雙平行四邊形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使隔振器只能沿x、y、z方向平動(dòng)，而不產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，從而消除了隔振器轉(zhuǎn)角位移對(duì)光電吊艙測(cè)角精度的影響，解決了隔振與精度之間的矛盾。該隔振裝置設(shè)計(jì)需要保證較高的裝配精度，并且可能發(fā)生卡死現(xiàn)象，降低隔振效果。

圖5 EC135直升機(jī)光電設(shè)備隔振圖 Fig.5 Photo of vibration isolation for EC135 helicopter’s photoelectric equipment

圖6 無(wú)轉(zhuǎn)角隔振平臺(tái) Fig.6 Vibration isolation platform without angle

東北電子技術(shù)研究所的趙洪陽(yáng)[12]利用鋼絲繩與高阻尼硅橡膠相組合的緩沖裝置和線位移裝置設(shè)計(jì)了一種三維減振系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。隔振緩沖裝置設(shè)計(jì)主要是兼顧隔振效率與緩（抗）沖效率對(duì)設(shè)備的影響，使設(shè)備在3個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)有效的減振和緩沖效果。線位移裝置的設(shè)計(jì)原理仍然是利用平行四邊形對(duì)邊始終保持平行的原理來(lái)消除承載平臺(tái)的角振動(dòng)，使設(shè)備在3個(gè)平動(dòng)自由度上實(shí)現(xiàn)線振動(dòng)。文中敘述了隔振系統(tǒng)能夠隔離掉30 Hz以上的振動(dòng)，但未對(duì)角振動(dòng)的抑制能力進(jìn)行具體說(shuō)明。

圖7 無(wú)角振動(dòng)隔振平臺(tái)及線位移裝置 Fig.7 Vibration isolation platform without angle and line displacement device

軍械工程學(xué)院的白鴻柏[13-14]等人利用金屬橡膠設(shè)計(jì)無(wú)轉(zhuǎn)角的內(nèi)、外隔振器，內(nèi)隔振器只能提供沿x和y方向平動(dòng)，而沿z軸平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，繞x和y軸轉(zhuǎn)動(dòng)都被限制；外隔振器的中軸沿z軸向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，上側(cè)金屬橡膠件受壓，并且中軸與上蓋和下蓋存在著圓周同時(shí)接觸滑移副的情況，這迫使中軸只能沿著z軸作平動(dòng)，所有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度被限制。采用這種隔振器對(duì)二軸四框架光電平臺(tái)進(jìn)行二級(jí)隔振設(shè)計(jì)，其模型如圖8所示。一級(jí)隔振是在基座與光電平臺(tái)間安裝外隔振器，共4個(gè)，對(duì)稱布置，外隔振器限制平臺(tái)外框架只能沿z軸運(yùn)動(dòng)。二級(jí)隔振是在內(nèi)、外框架間安裝內(nèi)隔振器，共8個(gè)。為降低耦合程度，將內(nèi)隔振器相對(duì)內(nèi)框架重心對(duì)稱布置，內(nèi)隔振器限制平臺(tái)內(nèi)框架只能沿x軸和y軸運(yùn)動(dòng)。這種隔振方案的優(yōu)點(diǎn)是平臺(tái)只能沿3個(gè)軸向做平移運(yùn)動(dòng)，不能做角運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)角位移隔振設(shè)計(jì)，而且還可以實(shí)現(xiàn)三向等剛度。該隔振系統(tǒng)能夠隔離掉20 Hz以上的振動(dòng)，最大角位移為5.5″。

圖8 內(nèi)、外隔振器及二級(jí)隔振設(shè)計(jì)示意圖 Fig.8 Design diagram of internal and external vibration isolators and secondary vibration isolation

中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所的姜偉偉等人[15]采用碗式橡膠減振器，在光電設(shè)備的8個(gè)角點(diǎn)分別布置減振器，減振器一端與光電設(shè)備的安裝點(diǎn)連接，另一端連接到飛機(jī)上，構(gòu)成一種8點(diǎn)支撐隔振系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。這種隔振方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，由于橡膠減振器可以設(shè)計(jì)達(dá)到三向等剛度，因而隔振系統(tǒng)也具有三向等剛度的特性，隔振系統(tǒng)的頻率可設(shè)計(jì)到30 Hz左右，目前這種隔振設(shè)計(jì)方式在航空613所的光電吊艙上得到應(yīng)用。該隔振設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是抑制角振動(dòng)的能力有限，在不平衡力和偏轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)矩的作用下還是會(huì)產(chǎn)生角振動(dòng)。

圖9 8頂點(diǎn)隔振設(shè)計(jì)方案示意圖 Fig.9 Schematic diagram of eight point vibration isolation system

中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的楊劍鋒等人[16]設(shè)計(jì)了一種基于Stewart構(gòu)型的隔振系統(tǒng)，用于空間相機(jī)的隔振平臺(tái)，如圖10所示。它主要由上、下安裝面，6個(gè)單向隔振桿及12個(gè)球形鉸鏈連接而成，單向隔振桿為液體阻尼器，也可以是其他單向隔振結(jié)構(gòu)。平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是具有六自由度的振動(dòng)隔離能力，油液阻尼器的頻率可以設(shè)計(jì)得很低，從而實(shí)現(xiàn)低頻隔振。其缺點(diǎn)是油液的密封性低，使用久了容易發(fā)生漏油污染。該平臺(tái)的平移運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)難以解耦，很容易引起被隔振設(shè)備的俯仰或轉(zhuǎn)動(dòng)等角振動(dòng)，從而降低光電設(shè)備的成像質(zhì)量。此外平臺(tái)附加質(zhì)量較多，因此目前該平臺(tái)在飛機(jī)上應(yīng)用得較少。

中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的 杜言魯?shù)热薣17]通過(guò)對(duì)光電平臺(tái)隔振系統(tǒng)的振動(dòng)耦合進(jìn)行分析，得出減振器剛度、阻尼參數(shù)偏差以及減振器布局不合理會(huì)使得載機(jī)的線振動(dòng)耦合為光電平臺(tái)的角振動(dòng)，從而提出減小光電平臺(tái)隔振系統(tǒng)振動(dòng)耦合的一些方法。一是根據(jù)光電平臺(tái)穩(wěn)像系統(tǒng)的伺服帶寬，確定隔振系統(tǒng)的固有頻率，并設(shè)定線振動(dòng)和角振動(dòng)的固有頻率相等，線振動(dòng)固有頻率用于確定減振器剛度，角振動(dòng)固有頻率用于確定減振器間的安裝間距，根據(jù)視軸穩(wěn)定系統(tǒng)主動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆捣秶_定隔振系統(tǒng)的阻尼比；二是隔振系統(tǒng)安裝過(guò)程中，要測(cè)量平臺(tái)重心位置，通過(guò)合理選擇和布局減振器，保證平臺(tái)質(zhì)心位于安裝平面內(nèi)，而且阻尼器選擇可調(diào)式阻尼器，以便調(diào)整隔振系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，使得隔振系統(tǒng)各參數(shù)間盡量滿足無(wú)角振動(dòng)時(shí)的量化關(guān)系，減小或避免振動(dòng)耦合。

圖10 Stewart隔振平臺(tái) Fig.10 Stewart vibration isolation platform

大連交通大學(xué)的董海波等人[18]采用層疊橡膠隔振器（圖11）作為機(jī)載光電吊艙的隔振器，并研究了這種隔振器的設(shè)計(jì)方法。這種隔振器的特點(diǎn)是軸向剛度大，側(cè)向剪切剛度小，在電子機(jī)柜和建筑橋梁隔振領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，也可用于直升機(jī)螺旋槳根部的阻尼器，但是目前尚未見(jiàn)到該隔振器在機(jī)載光電吊艙上安裝應(yīng)用。

圖11 層疊橡膠隔振器 Fig.11 Laminated rubber isolator

華中光電技術(shù)研究所的曾垂峰等人[19]研究了一種新型光電吊艙內(nèi)框架的6自由度隔振系統(tǒng)，如圖12所示。實(shí)質(zhì)就是在吊艙內(nèi)框架兩側(cè)安裝類似Stewart平臺(tái)的隔振系統(tǒng)，見(jiàn)圖12中方框部分，隔振元件呈錐形布置，共安裝了16個(gè)隔振元件，能夠隔離6自由度方向20 Hz以上的振動(dòng)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以衰減球頭艙三軸向的角振動(dòng)，從而降低光學(xué)元件 的角振動(dòng)，提高成像質(zhì)量。缺點(diǎn)是附加隔振元件太多，增加了設(shè)備質(zhì)量，需要增加更多的安裝空間，不便于裝配。

圖12 光電吊艙內(nèi)框架隔振系統(tǒng) Fig.12 Vibration isolation system of optoelectronic pod inner frame

中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的孫輝等人[20]設(shè)計(jì)了機(jī)載光電吊艙的主被動(dòng)一體隔振系統(tǒng)，如圖13所示。考慮光電吊艙內(nèi)部的柔性連接結(jié)構(gòu)，采用LOG算法設(shè)計(jì)控制器，通過(guò)對(duì)光電隔振系統(tǒng)的分析表明，該主被動(dòng)一體隔振系統(tǒng)可以減小光電載荷柔性體內(nèi)部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即增大系統(tǒng)的內(nèi)部阻尼，增加共振區(qū)的隔振效果，從而提高了光電吊艙的成像質(zhì)量。主動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊艙的振動(dòng)情況，根據(jù)反饋對(duì)吊艙的振動(dòng)進(jìn)行控制，隔振控制效果較被動(dòng)控制好得多。但是主動(dòng)控制設(shè)備需要提供能源，從而增加了系統(tǒng)的質(zhì)量，不利于在飛機(jī)上使用。

圖13 光電吊艙主被動(dòng)一體隔振系統(tǒng) Fig.13 Active and passive integrated vibration isolation system for optoelectronic pod

4 結(jié)論

1）角振動(dòng)較線振動(dòng)對(duì)光電吊艙成像質(zhì)量的影響大，光電吊艙隔振設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮降低角振動(dòng)問(wèn)題。

2）光電設(shè)備的質(zhì)心與隔振系統(tǒng)的剛度中心相偏離，以及各隔振器之間的剛度和阻尼不匹配，是引起設(shè)備角振動(dòng)的重要因素，隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)值得關(guān)注。

3）上述無(wú)角振動(dòng)的隔振系統(tǒng)在一定程度上可以限制光電設(shè)備的角位移振動(dòng)，從而提高成像質(zhì)量，但是其尺寸龐大、質(zhì)量較重，會(huì)給光電吊艙帶來(lái)很大的附加質(zhì)量，并且存在卡死的可能，降低隔振系統(tǒng)的可靠性。

4）主-被動(dòng)一體化隔振系統(tǒng)，增加的主動(dòng)控制環(huán)節(jié)能夠大大提高減振效果，但是由于需要附加能源設(shè)備，增加了飛機(jī)的負(fù)載，因此當(dāng)前很少在飛機(jī)上采用，但是主-被動(dòng)一體化隔振系統(tǒng)仍具有發(fā)展?jié)摿?，畢竟能夠極大地提高光電吊艙的成像質(zhì)量。

隨著成像距離的不斷增加，以及對(duì)成像質(zhì)量的要求不斷提高，光電設(shè)備的設(shè)計(jì)還會(huì)面臨很多挑戰(zhàn)。精密光電設(shè)備的成像質(zhì)量每前進(jìn)一步，都代表著科技的一大進(jìn)步，而振動(dòng)是影響其成像的關(guān)鍵因素，精密光電吊艙的振動(dòng)控制技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。