彈道相機工程分析

孟慶華

摘 要：為滿足彈道相機較高結構剛度和高精度的測量要求，對彈道相機做了工程分析。文中介紹了彈道相機光機結構組成，采用UG軟件對彈道相機進行了風載變形的有限元分析，同時也分析了在自重條件下的結構變形。分析結果表明：在外界六級風條件下，設備測量精度可以滿足使用要求。

關鍵詞：彈道相機 工程分析 風載變形

中圖分類號：V448.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0071-02

彈道相機是光學、機械、電子學和計算機等多學科綜合的新一代靶場測量設備，在軍工方面具有很好的發展前景。對彈道相機的結構剛度和測量精度提出了非常高的要求[1-2]，為了滿足高剛度和高精度要求，彈道相機的關鍵部分須通過精確的工程分析。

跟蹤架和攝像系統是彈道相機中主要核心部分，它的結構剛度對彈道相機的精度起著舉足輕重作用。該文對彈道相機做了有限元工程分析，在外界風載為六級風條件下，分析計算了彈道相機的結構抗變形能力，并對自重條件下重力變形也作了分析。

1 組成

彈道相機是由攝像系統、垂直軸系、水平軸系、調平機構和底座等組成，通過垂直軸系和水平軸系轉動，可實現方位和俯仰的精密角度測量。垂直軸系是由角接觸精密軸承、調平機構、方位力矩電機、方位編碼器和底座等組成。水平軸系是由左右軸、四通、轉臺、左右立柱、俯仰力矩電機、俯仰編碼器、手動-機動切換機構和緩沖機構等組成。

2 工程分析

2.1 分析要求

分別計算結構豎直放置狀態下自重力作用下的變形，在常溫（參考溫度18℃）六級風從正面、45°角方向及側面作用時結構的變形。

2.2 結構的有限元模型

材料參數如表1所示。

根據工作原理，有限元模型規模為7，847單元，12，744節點，如圖1所示，單元類型組成情況如表2所示。

2.3 風載對結構的變形影響分析

結構豎直放置，在1g重力作用下，架的最大變形在圖2所示位置A處，其值為1.06E-07mm。鏡筒水平，分別計算在常溫，六級風從正面、45°角和側面三個方向吹向結構時結構的變形如圖3（a）、圖3（b）和圖3（c）所示。六級風的風速為10.8m/s-13.8 m/s，取最大風速13.8 m/s。當風吹過物體時在物體表面產生風壓，計算得表面所受風壓為1.2E-04MPa。在結構的迎風表面加壓強，計算結果如表3所示。

2.4 計算結果誤差分析

2.4.1 模型誤差

本模型對實體模型做了等效簡化，這對計算結果帶來一定的模擬誤差。

2.4.2 約束處理

本分析計算將結構等效簡化，將基座三個凸臺上9個節點的6自由度全約束，這樣可能使分析計算模型的約束較實物模型的約束強，得到模態值偏高的結果。

2.4.3 材料屬性

材料的屬性系參考材料表而得，這就可能引入了剛度和質量偏差。因為材料表上的參數是在一定工藝、測試條件下測試所得，而具體使用的材料卻不一定是在這種條件下制造出來的，所以從理論上講，分析模型是存在一定材料屬性誤差的。

3 結論

經過工程分析計算，儀器在45°角方向六級風作用下，結構受力變形倒致指向精度變化最大為0.2″，所以彈道相機能滿足在六級風作用下的測量精度要求。

參考文獻

[1]王洋，張景旭.大口徑望遠鏡主鏡支撐優化分析[J].光電工程，2009，36（1）：107—113.

[2]韓光宇，曹立華，高云國，等.1m望遠鏡主反射鏡的支撐和裝配[J].光學精密工程，2012，20（9）：1922—1928.