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红外导引头光学性能的有限元分析

发布于:2016-02-16 21:42
有限元分析

      红外导引头具有制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、结构紧凑、机动灵活等特点,已成为精确制导的重要技术手段,其工作性能的好坏直接影响着导弹的飞行精度。导弹在飞行过程中要经历严酷的动力学环境,而红外导引头作为导弹仪器舱内部的有效载荷,其光学系统尺寸有可能发较大变化,因此对红外导引头在动力学环境下的光学性能必须予以关注。利用有限元分析方法可以实现对红外导引头的光学性能预示,即通过建立结构有限元模型并计算其在工作环境下的力学响应来获取光学系统尺寸变化但由于建模过程中存在边界条件不确定和连接方式简化等误差源,使有限元模型和实际结构间存在着偏需要对模型加以修正才能进行结构力学分析以确保分析结果的可信度。红外导引头光学系统设计指标如下:光学元件镜面最大转角偏差为3″,最大位移偏差为1μm。
      本研究利用模型修正的有限元方法对红外导引头进行了光学性能分析,在有限元建模过程中采用复合材料单元模拟部件之间连接关系,并以红外导引头模态试验测试参数为基准,通过反复修改复合材料单元的特性参数使模态分析与试验结果相一致。将修正好的模型用于红外导引头瞬态振动与过载仿真计算,获得光学系统各光学元件的镜面变形结果,对红外导引头在动力学环境下的光学性能进行了评价,为结构设计进一步优化提供了参考依据。
      红外导引头结构由主镜组件、次镜组件、三镜组件、红外探测器组件组成,构件有限元模型直接由屏幕样机生成以保证几何数据与真实结构一致,根据构件几何特征确定对其进行离散化的单元类型。
      主镜组件:主镜是圆盘形实体,采用六面体单元划分;主镜室是由筋板圆周分布而成,划分为壳单元。
      次镜组件:次镜是圆盘形实体,采用六面体单元划分;次镜支撑是悬臂梁支撑结构,采用壳体单元组合划分,支撑筋板用壳单元,两端环形座用体单元,壳与体之间连接引入罚单元进行协调。
      三镜组件:三镜是圆盘形实体,采用六面体单元划分;三镜支撑是横纵筋板分布的筒状结构,划分为壳单元。
      红外探测器组件:红外探测器用等效质量单元代替;红外探测器支撑是薄臂筒状结构,采用壳单元划分。
      红外导引头实际装配结构是将各构件用螺钉连接在一起,螺钉连接在有限元方法中属于非线性问题,求解需要耗费较长的计算时间和较大的计算资源,不宜于结构工程化阶段设计参数的快速优化,因此对构件之间螺钉连接进行线性化处理。在构件之间的配合接触面建立复合材料单元,构件与复合材料单元之间用节点直接对接以模拟螺钉连接。划分完的红外导引头结构模型单元总数1030,节点总数1538,光轴方向为Z向。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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