舰载光电指向器多轴系耦合精度分析

光电指向器的轴系精度直接影响到光电系统的整体性能指标。分析了光电指向器轴系之间精度影响关系,根据对方位轴系、俯仰轴系和视轴轴系的各项误差源分析计算出各轴系误差值,结合在安装过程中方位轴系误差与俯仰轴系误差建立数学模型,寻找方位角和俯仰角与方位轴系、俯仰轴系、视轴轴系的误差之间的耦合关系,并将三个轴系误差进行耦合后建立数学模型分析。该分析方法和结果为光电指向器的多轴系结构耦合误差设计提供了理论及工程依据。     

光电稳瞄系统装调的关键技术

鉴于光电稳瞄系统的复杂性和科研开发的不可预见性，传统装调技术远不能满足产品科研设计发展的需求。着重分析探讨了光电稳瞄系统中各探测器光谱范围的差异性、光学平台结构的复杂性、光学轴系与回转轴系的一致性带来的精度难以实现的关键技术问题。通过多组自准直仪架设空间过渡基准，采用特定的大口径光轴调校装置，解决了光轴平行性调校问题。以调校光学轴系与机械回转系统的同步精度为出发点,确定了各部件之间的装配及装配误差的影响。通过设计的方位/俯仰天顶测量仪，解决了回转轴系正交性精度调校难题，实现了传统工艺方法和普通调校装置无法达到的设计指标和精度要求。     

潜望式观瞄系统的瞄准轴系误差分析与调校

瞄准轴系影响到潜望式观瞄系统的测角精度。根据潜望式观瞄系统的典型光机结构,分析引起瞄准轴系误差的来源,采用矢量反射和旋转原理建立数学模型,给出方位轴、俯仰轴、瞄准轴和反射面误差对瞄准轴系的影响关系。同时,确定了与之相应的调校技术方案,明确了调校过程中的每一项控制要点,给出了联调与检测方法。通过实际产品调试验证,瞄准轴系精度可达0.1 mrad。     

大型人造卫星照相机的四轴跟踪装置

本文阐述了四轴跟踪装置的泵理与性能,比较了几种装置形式的特点。叙述了轴系的设计原则,并对WGS型人造卫星照相机的四轴跟踪装置的结构设计与轴系精度作了具体介绍。     

700mm光学望远镜结构设计与分析北大核心CSCD

针对某700mm口径高分辨率光学成像望远镜,提出了一种结构设计方案。对主镜支撑采用9点whiffle-tree底支撑加球头芯轴侧支撑的结构方案,保证主镜具有高面形精度;望远镜镜筒采用碳纤维桁架式结构,既满足望远镜整体重量较轻,又可以保证系统刚度;建立了望远镜有限元模型,分析主镜支撑面形、主次镜相对偏心及系统整体模态特性,其中主镜支撑面形精度可达到λ/40,主、次偏心为0.015mm(水平状态)、0.008mm(竖直状态);使用激光干涉仪及平行光管对望远镜光学指标进行定量检测,光学系统RMS可达到λ/14,鉴别率板检测望远镜分辨率可达到46lp/mm,均接近光学极限水平。为同类望远镜的结构设计提供一定参考价值。     

700mm光学望远镜结构设计与分析

针对某700mm口径高分辨率光学成像望远镜,提出了一种结构设计方案。对主镜支撑采用9点whiffle-tree底支撑加球头芯轴侧支撑的结构方案,保证主镜具有高面形精度;望远镜镜筒采用碳纤维桁架式结构,既满足望远镜整体重量较轻,又可以保证系统刚度;建立了望远镜有限元模型,分析主镜支撑面形、主次镜相对偏心及系统整体模态特性,其中主镜支撑面形精度可达到λ/40,主、次偏心为0.015mm(水平状态)、0.008mm(竖直状态);使用激光干涉仪及平行光管对望远镜光学指标进行定量检测,光学系统RMS可达到λ/14,鉴别率板检测望远镜分辨率可达到46lp/mm,均接近光学极限水平。为同类望远镜的结构设计提供一定参考价值。     

多环架视轴稳定跟踪结构的运动学分析

根据视轴稳定跟踪的运动学原理,分析多环架结构的运动特点,指出结构形式的选择依据。采用PIOGRAM图方法,对两轴、三环两轴以及四环两轴结构分别进行讨论,通过角度和角速度的变换关系对环架自锁、跟踪盲区等现象作了运动学阐述,最终得出了各自适用的载体以及目标运动环境。该研究方法同样适用于其他多轴结构,对多环架结构的几何误差分析等也具有参考价值。     

大口径望远镜结构热分析

为了评估温度对望远镜的影响,针对某地基光电望远镜,建立了包括光学组件,跟踪架结构以及电控设备等在内的有限元热模型.在传导、对流、辐射以及热流等不同热环境下进行热分析,计算了望远镜光机结构的时间和空间温度分布.根据温度分布进行了热-弹性分析,得出了望远镜结构的热变形.分析表明:温度变化对望远镜跟踪架以及主光学系统的影响很大,对主次镜造成的相对位移达到毫米级,必须进行严格控制.最后从防护圆顶、跟踪架以及主镜等方面入手给出了热控设计方案.     

两轴光电跟踪仪高仰角跟踪盲区分析

 从轴准直误差、动态滞后误差两方面分析了采用俯仰轴叠加于方位轴光机座结构方式的光电跟踪仪在高俯仰角跟踪时的误差变化及由此导致的盲区问题,从轴准直误差和动态滞后误差两方面对高仰角跟踪盲区的形成及其空间分布进行分析,并用MATLAB进行了仿真,给出跟踪盲区随方位、俯仰角变化的的分布图形。从盲区分布图形可以看出：光电跟踪仪在性能一定的情况下,跟踪盲区随着仰角增大而增大,并结合直线航路给出这两种误差导致的跟踪盲区的计算方法。跟踪直线航路实验数据显示跟踪误差随着仰角增大而增大。     

双轴旋转靶标式光电测试系统设计

根据光电跟踪测量设备在制造和修理过程中的内场测试需求,从双轴转台设计、直流力矩电动机选型、控制系统设计、靶标设计和应用软件设计等五个方面研究了双轴旋转靶标式光电测试系统设计问题。提出了基于该系统的光电跟踪测量设备的电视和红外两个通道的方位和俯仰跟踪精度、跟踪速度、跟踪加速度等功能和性能的内场测试方法。该系统具有可靠性高、测试环境可控、重复性好、效费比高等特点。     

周视大像旋稳海天线向量角补偿算法

为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标,在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上,推导出焦平面坐标系铅直轴的方向向量和该坐标系下海天出射平面法向量夹角的余弦表达式.该式求反余弦后减π/2,得到焦平面铅直坐标轴的方向向量和海天出射平面法向量小于π/2的夹角,该夹角的0.5倍作为俯仰反射镜的净作动量,目的是克服非线性像旋使包含目标信息的虚拟海天线的像线通过焦平面中心.该算法与方位补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点.通过数学模型仿真和真实工况试验都验证了俯仰机构位置环海天线向量角补偿算法的合理性.     

Separated flow around a rotating gyroball

Abstract  

In baseball, a gyroball is known as a pitched ball which has its rotation axis oriented towards the catcher, i.e., in flight direction, and therefore does not create a lift force. The purpose of this study was to clarify what effect the seams of such a rotating gyroball have on the drag force acting on the ball. Two typical seam patterns, one with two and one with four seams, were selected. First, pitching experiments were carried out to capture the trajectories of various breaking balls. From the obtained trajectories the drag coefficients were estimated. Flow visualization was applied to a heated flying gyroball with the help of the schlieren technique to investigate the flow separation area. To verify the results obtained in the pitching tests, corresponding wind-tunnel experiments were also conducted with a device which allowed the ball to rotate freely in the tunnel. Drag measurements and flow visualization by fog were performed on a rotating gyroball. Both in the pitching and wind-tunnel tests, the drag coefficient of the two-seam gyroball was smaller than that of the four-seam one by 0.04 or approximately 13%. The flow visualization revealed that the flow-separated area of the two-seam gyroball was smaller due to flow reattachment made possible by a more energetic boundary layer. This observation can well explain the drag difference between two- and four-seam gyroballs.     

拼接式编码器测角误差分析及试验

根据望远镜测角系统的精度需求,分析了影响拼接式编码器测角精度的误差源,以及多读数头测角消差原理,确定了采用相位相差90°的4读数头的测角方式。在某望远镜方位轴系转台进行了逆时针和顺时针方向的测角试验,通过对测角数据进行谐波分析并补偿后,得到两组实验测角误差RMS分别为0.34"、0.38"。实验表明,相位相差90°的均布4读数头的测角方式消除了由轴系误差、编码器安装位置误差和钢带安装盘部分圆度误差对测角精度的影响,实现了亚角秒级测角的目的。研究结果可用于大口径望远镜设计阶段的误差分析与分配、预估测角精度,为降低设计和加工误差提供参考。     

月基对地观测跟踪转台设计与分析

针对登月过程严酷的力学条件、月球表面复杂的环境特征以及严格的重量要求,设计了一种可适用于月基观测的跟踪转台.该转台主要由水平轴系及驱动机构和竖直轴系及驱动机构组成,采用霍耳元件作为位置检测元件,其综合指向准确度≤0.1°.基于有限元分析方法确定转台结构方案、优化主要支撑件结构及合理选材,并对驱动机构与轴系对转台刚度、温度适应性和指向准确度的影响做了深入分析与计算.同时进行了整机的力学模拟试验和运动机构的高低温试验,一阶谐振频率为49 Hz,在-40 ℃ ～+80 ℃温度范围内工作正常.结果表明转台各项性能指标满足工程任务要求,具有结构紧凑、可靠性高、重量轻的特点.     

周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法

 为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标,在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上,推导出以目标像点和像旋中心线距离作为补偿截距的周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法。通过对补偿截距与系统焦距的比值求反正切函数得到补偿角的绝对值,将目标像点和像旋中心点坐标转换到方位旋转坐标系下,并以转换后二者横坐标的代数差正负号作为补偿量的符号判据。该算法是在存在非线性大角度像旋情况下使目标像点逼近像旋中心线,与俯仰机构的向量角补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点。数学模型仿真验证了单次补偿能够将残差减小到1%左右,真实工况试验也验证了方位截距补偿算法的合理性。     

大口径望远镜结构的有限元分析

望远镜是动态光电跟踪探测系统中的关键部件之一,特别是大口径光学系统,不仅要求主望远镜的稳定性高,还要尽可能地减少结构质量。根据1.3m大口径望远镜的结构设计方案,利用大型有限元结构分析软件I DEAS,采用板壳和质量单元描述结构主体,建立了较为精确的结构分析模型,求得了望远镜在不同俯仰角位置时的主、次镜位置变化,为整个望远镜的结构设计提供了可靠的依据。     

基于船姿测量的舰载光电经纬仪视轴稳定方法研究

利用船姿测量仪和光学编码器测出视轴稳定初始时刻的纵横摇角度和经纬仪方位俯仰角度,通过坐标变换技术将稳定点从甲板坐标系转换到大地坐标系中.实时测量由舰船摇摆引起的纵横摇角度变化量和编码器角度变化量,计算出视轴稳定点在大地坐标系中的偏离误差.利用伺服控制系统有效地补偿该误差,由此达到舰载光电经纬仪视轴稳定的目的.实际舰载跟踪试验证明了本文设计的视轴稳定系统准确度高,能够较好地隔离船摇对经纬仪视轴稳定的影响.