一种机载多轴隔振系统及优化方法

摘要

一种机载多轴隔振系统及其优化方法，它包括：机械接口部分、减振机构部分及优化方法。它们的位置连接关系为：机械接口部分通过关节轴承与减振机构部分相连。减振机构部分通过机械接口部分实现与机架的连接关系，作为中介对飞机结构传至光电载荷的振动进行隔离。优化方法部分建立了避免空间位置干涉的构型优化模型，旨在以更完善的优化策略高效的解决隔振系统几何构型设计与优化问题，可以在短时间内得到一组同时满足频率要求和结构设计要求的多轴隔振系统构型参数，避免了手动迭代调整的繁琐性。本发明设计方法新颖，结构科学，能够适应机载精密设备振动环境下的稳定要求。它在机载结构振动控制技术领域里具有较好的实用价值。

主权项

一种机载多轴隔振系统及其优化方法，其特征在于：机载多轴隔振系统包括机械接口部分、减振机构部分，它们的位置连接关系为：机械接口部分通过关节轴承与减振机构部分相连，减振机构部分通过机械接口部分实现与机架的连接关系，作为中介对飞机结构传至光电载荷的振动进行隔离；优化方法部分建立了避免空间位置干涉的构型优化模型，旨在以更完善的优化策略高效的解决隔振系统几何构型设计与优化问题，可以在短时间内得到一组同时满足频率要求和结构设计要求的多轴隔振系统构型参数，避免了手动迭代调整的繁琐性；所述机械接口部分包括：安装平台、载荷平台和轴承支座，它们之间的位置连接关系是：安装平台与机架固定，位于下方的载荷平台与光电载荷固定，根据光电载荷的尺寸与重心位置要求设计载荷平台接口形式；每只轴承支座通过4只M4螺钉与平台固定，以确定安装角度和安装位置；该安装平台和载荷平台根据机架和载荷的接口进行设计：安装平台根据安装要求和机架的机械接口进行设计、载荷平台根据光电载荷机械接口的形式可设计为环形或由用户自主设计；所述减振机构部分包括：六根阻尼支杆和支杆两端的关节轴承，每根阻尼支杆包括：阻尼器和两端的关节轴承接头，它们之间的位置连接关系是：阻尼器通过两端的接口与关节轴承接头进行螺纹连接，可通过调整接头在两端的旋入深度对阻尼器在阻尼支杆长度范围内的位置进行调整，并配以螺母和弹簧垫圈进行位置锁定；关节轴承以双面单三个冲点的形式嵌入关节轴承接头，关节轴承接头与轴承支座通过穿过轴承支座立面通孔和关节轴承内环的铰制孔螺栓进行连接，实现关节轴承接头相对轴承座的转动和摆动；每根阻尼支杆均通过该连接关系分别与安装平台和载荷平台相连，并与平台平面成一定的设计角度，六杆以Hexapod构型分布在平台的高度空间内，作为中介对由安装平台传至载荷平台的振动在六自由度方向上进行衰减，实现载荷平台的稳定；该阻尼器由伸杆、外壳和金属阻尼材料组成，双向受载，静刚度、动刚度与阻尼比根据光电载荷的频率要求和阻尼器的放大率进行设计；该关节轴承为自润滑向心关节轴承,可以承受径向负荷、轴向负荷或径向、轴向同时存在的联合负荷，用于速度较低的摆动运动和低速旋转；该关节轴承接头为自主设计，接口尺寸根据阻尼器接口和关节轴承外环尺寸进行设计；所述优化方法部分建立了避免空间位置干涉的构型优化模型，旨在以更完善的优化策略高效的解决隔振系统几何构型设计与优化问题，可以在短时间内得到一组同时满足频率要求和结构设计要求的多轴隔振系统构型参数，避免了手动迭代调整的繁琐性；在频率要求部分，以前六阶主频率分散度最小为优化目标，选择方差为目标函数；在结构设计要求部分，考虑了多轴隔振系统的安装布局空间受限，且须避让出可能发生结构干涉的位置(如机架结构中的斜梁式突出挂点等)的情况；优化方法为：以遗传算法为优化工具对多轴隔振系统构型进行程序优化，因为光电载荷相关物理参数(质量，质心位置，转动惯量)确定，设计变量是Hexapod构型多轴隔振系统几何构型参数和阻尼器的统一刚度系数，几何构型参数包括：安装平台轴承支座安装铰圆半径、载荷平台轴承支座安装铰圆半径、两平台之间高度、安装平台一组相邻轴承支座安装铰点对应圆心角和载荷平台一组相邻轴承支座安装铰点对应圆心角；通过对可能发生干涉的器件进行数学建模的方法建立非线性约束，保证了优化结果的有效性，由此优化目标得到最优构型的几何特征为：各阻尼支杆与载荷平台的夹角近似45度，两平台之间高度较小。