星载二维转台结构设计与刚度分析

"星载二维转台结构设计及刚度分析" 星载二维转台在现代空间技术中扮演着至关重要的角色，特别是在星地或星间光通信中，它作为自动跟踪定位（ATP）系统的关键组件，被广泛应用于气象监测、国防安全、深空探测等多个领域。本文主要探讨了三种常见类型的二维转台结构——十字跟踪架结构、潜望式结构和摆镜式结构，并基于特定的应用场景和系统约束，选择了摆镜式二维转台结构。摆镜式结构因其小巧的转动惯量、轻质运动部件和高刚度优势，特别适合高轨道激光通信，尽管其俯仰调整能力有限。 图1展示了这三种结构形式的比较。十字跟踪架结构虽然转动范围广且控制简单，但由于承载整个光学系统，导致转动惯量和尺寸过大。潜望式结构利用两个万向节实现俯仰和方位运动，但光路复杂，控制难度增加。而摆镜式结构通过反射镜转动，解决了上述问题，但需注意其在俯仰方向的调整能力有限。 在实际应用中，星载二维转台需要承受发射过程中的恶劣环境，如火箭加速度产生的过载、振动和冲击。因此，转台结构必须具备足够的刚度以抵抗这些外部干扰。同时，为了降低成本并节省卫星资源，转台设计应实现轻量化，即在保证力学性能的前提下减小质量。这要求在设计时充分考虑卫星平台的振动特性，优化二维转台的整体结构刚度。 文章的主要贡献在于进行了星载二维转台的结构设计，包括摆镜组件的高刚度轻量化集成优化，以及U形架和轴系结构的刚度设计。作者通过有限元方法建立了转台的模型，特别是针对影响刚度的轴承部件，创建了改进的弹簧单元等效模型，推导出等效刚度的计算公式。最后，对整机结构进行了刚度特性分析，并通过样机试验验证了设计的有效性。 在表1中，列出了星载二维转台的主要技术指标，这些指标为设计提供了具体需求和目标，确保转台在满足体积和重量限制的同时，具备抵抗复杂外界环境的能力。通过这样的深入研究和设计，星载二维转台可以更加稳定和高效地执行光通信任务，保障各类空间任务的顺利进行。