弹道相机工程分析

孟庆华

摘 要：为满足弹道相机较高结构刚度和高精度的测量要求，对弹道相机做了工程分析。文中介绍了弹道相机光机结构组成，采用UG软件对弹道相机进行了风载变形的有限元分析，同时也分析了在自重条件下的结构变形。分析结果表明：在外界六级风条件下，设备测量精度可以满足使用要求。

关键词：弹道相机 工程分析 风载变形

中图分类号：V448.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0071-02

弹道相机是光学、机械、电子学和计算机等多学科综合的新一代靶场测量设备，在军工方面具有很好的发展前景。对弹道相机的结构刚度和测量精度提出了非常高的要求[1-2]，为了满足高刚度和高精度要求，弹道相机的关键部分须通过精确的工程分析。

跟踪架和摄像系统是弹道相机中主要核心部分，它的结构刚度对弹道相机的精度起着举足轻重作用。该文对弹道相机做了有限元工程分析，在外界风载为六级风条件下，分析计算了弹道相机的结构抗变形能力，并对自重条件下重力变形也作了分析。

1 组成

弹道相机是由摄像系统、垂直轴系、水平轴系、调平机构和底座等组成，通过垂直轴系和水平轴系转动，可实现方位和俯仰的精密角度测量。垂直轴系是由角接触精密轴承、调平机构、方位力矩电机、方位编码器和底座等组成。水平轴系是由左右轴、四通、转台、左右立柱、俯仰力矩电机、俯仰编码器、手动-机动切换机构和缓冲机构等组成。

2 工程分析

2.1 分析要求

分别计算结构竖直放置状态下自重力作用下的变形，在常温（参考温度18℃）六级风从正面、45°角方向及侧面作用时结构的变形。

2.2 结构的有限元模型

材料参数如表1所示。

根据工作原理，有限元模型规模为7，847单元，12，744节点，如图1所示，单元类型组成情况如表2所示。

2.3 风载对结构的变形影响分析

结构竖直放置，在1g重力作用下，架的最大变形在图2所示位置A处，其值为1.06E-07mm。镜筒水平，分别计算在常温，六级风从正面、45°角和侧面三个方向吹向结构时结构的变形如图3（a）、图3（b）和图3（c）所示。六级风的风速为10.8m/s-13.8 m/s，取最大风速13.8 m/s。当风吹过物体时在物体表面产生风压，计算得表面所受风压为1.2E-04MPa。在结构的迎风表面加压强，计算结果如表3所示。

2.4 计算结果误差分析

2.4.1 模型误差

本模型对实体模型做了等效简化，这对计算结果带来一定的模拟误差。

2.4.2 约束处理

本分析计算将结构等效简化，将基座三个凸台上9个节点的6自由度全约束，这样可能使分析计算模型的约束较实物模型的约束强，得到模态值偏高的结果。

2.4.3 材料属性

材料的属性系参考材料表而得，这就可能引入了刚度和质量偏差。因为材料表上的参数是在一定工艺、测试条件下测试所得，而具体使用的材料却不一定是在这种条件下制造出来的，所以从理论上讲，分析模型是存在一定材料属性误差的。

3 结论

经过工程分析计算，仪器在45°角方向六级风作用下，结构受力变形倒致指向精度变化最大为0.2″，所以弹道相机能满足在六级风作用下的测量精度要求。

参考文献

[1]王洋，张景旭.大口径望远镜主镜支撑优化分析[J].光电工程，2009，36（1）：107—113.

[2]韩光宇，曹立华，高云国，等.1m望远镜主反射镜的支撑和装配[J].光学精密工程，2012，20（9）：1922—1928.