星载相机隔振器的结构优化及隔振性能分析

摘要

星载相机在发射至预定轨道过程中，会受到多种准静态载荷和动态载荷的影响，如热载、动力过载、振动噪声和冲击等，力学环境非常恶劣。传统的设计方法通常以加大体积或重量的代价来换取卫星平台和相机的稳定性，但这并不符合航天器的小型化、轻量化、精密化的发展趋势。解决上述问题的一个有效方法是依据相机结构的动力学性能及卫星平台的扰动环境，研制出相机专用高性能隔振器及隔振系统，使相机不会在发射阶段的强烈振动下破坏，保证其能稳定地工作。
　　本文从保证卫星相机能承受发射过程的振动环境出发，以一款初步设计的相机隔振器为研究对象，首先对其进行了理论分析及参数推导，接着建立了相机隔振器和隔振系统的有限元模型，并进行了模态计算及振动响应分析，说明了隔振器结构优化的必要性。针对隔振器的实际结构特点，先是探究了阻尼材料参数和阻尼结构形式对其振动特性的影响规律，之后采用正交试验设计结合有限元分析的方法，详细研究了隔振器的6种结构参数对其振动特性的影响，明确了各个因素的重要程度，为进一步精确的优化设计提供参考。
　　基于响应面法的基本原理，采用正交试验设计与均匀试验设计相结合的试验设计方法，对相机隔振器进行了近似建模，建立了隔振器的6种结构参数与前三阶模态频率、阻尼比之间的近似映射关系，并对响应面近似模型进行了误差分析与样本测试，验证了模型的合理性。
　　采用多目标遗传算法对隔振器进行了结构优化设计，通过对优化后的隔振器及其组成的相机隔振系统进行相应的力学强度校核和隔振性能分析，验证了本文最终定型的相机隔振器可以用于卫星相机发射阶段的振动隔离，并能保证较好的隔振效果。此外，本文在隔振器的结构优化过程中采用的试验设计-近似模型-优化计算相结合的方法，对类似的结构优化问题也具有一定的参考价值。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 相机隔振器和隔振系统有限元建模及分析

2.1 相机隔振系统原理与参数分析

2.2 相机隔振器和隔振系统有限元建模

2.3 相机隔振系统有限元分析

2.4 本章小结

3 隔振器振动特性研究

3.1 阻尼材料参数对振动特性的影响

3.2 阻尼结构形式对振动特性的影响

3.3 基于正交试验分析隔振器结构参数对振动特性的影响

3.4 本章小结

4 隔振器近似建模

4.1 响应面法基本原理

4.2 隔振器响应面建模

4.3 响应面近似模型的误差分析与样本测试

4.4 本章小结

5 隔振器的多目标优化及隔振性能分析

5.1 多目标遗传算法

5.2 基于响应面近似模型的相机隔振器结构优化

5.3 相机隔振系统的力学强度分析

5.4 相机隔振系统的隔振性能分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果