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紅外導(dǎo)引頭具有制導(dǎo)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、隱蔽性好、結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動靈活等特點(diǎn)，已成為精確制導(dǎo)的重要技術(shù)手段，其工作性能的好壞直接影響著導(dǎo)彈的飛行精度。導(dǎo)彈在飛行過程中要經(jīng)歷嚴(yán)酷的動力學(xué)環(huán)境，而紅外導(dǎo)引頭作為導(dǎo)彈儀器艙內(nèi)部的有效載荷，其光學(xué)系統(tǒng)尺寸有可能發(fā)較大變化，因此對紅外導(dǎo)引頭在動力學(xué)環(huán)境下的光學(xué)性能必須予以關(guān)注。利用有限元分析方法可以實(shí)現(xiàn)對紅外導(dǎo)引頭的光學(xué)性能預(yù)示，即通過建立結(jié)構(gòu)有限元模型并計算其在工作環(huán)境下的力學(xué)響應(yīng)來獲取光學(xué)系統(tǒng)尺寸變化但由于建模過程中存在邊界條件不確定和連接方式簡化等誤差源，使有限元模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)間存在著偏需要對模型加以修正才能進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析以確保分析結(jié)果的可信度。紅外導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)如下：光學(xué)元件鏡面最大轉(zhuǎn)角偏差為3″，最大位移偏差為1μm。
本研究利用模型修正的有限元方法對紅外導(dǎo)引頭進(jìn)行了光學(xué)性能分析，在有限元建模過程中采用復(fù)合材料單元模擬部件之間連接關(guān)系，并以紅外導(dǎo)引頭模態(tài)試驗(yàn)測試參數(shù)為基準(zhǔn)，通過反復(fù)修改復(fù)合材料單元的特性參數(shù)使模態(tài)分析與試驗(yàn)結(jié)果相一致。將修正好的模型用于紅外導(dǎo)引頭瞬態(tài)振動與過載仿真計算，獲得光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的鏡面變形結(jié)果，對紅外導(dǎo)引頭在動力學(xué)環(huán)境下的光學(xué)性能進(jìn)行了評價，為結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)一步優(yōu)化提供了參考依據(jù)。
紅外導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)由主鏡組件、次鏡組件、三鏡組件、紅外探測器組件組成，構(gòu)件有限元模型直接由屏幕樣機(jī)生成以保證幾何數(shù)據(jù)與真實(shí)結(jié)構(gòu)一致，根據(jù)構(gòu)件幾何特征確定對其進(jìn)行離散化的單元類型。
主鏡組件：主鏡是圓盤形實(shí)體，采用六面體單元劃分；主鏡室是由筋板圓周分布而成，劃分為殼單元。
次鏡組件：次鏡是圓盤形實(shí)體，采用六面體單元劃分；次鏡支撐是懸臂梁支撐結(jié)構(gòu)，采用殼體單元組合劃分，支撐筋板用殼單元，兩端環(huán)形座用體單元，殼與體之間連接引入罰單元進(jìn)行協(xié)調(diào)。
三鏡組件：三鏡是圓盤形實(shí)體，采用六面體單元劃分；三鏡支撐是橫縱筋板分布的筒狀結(jié)構(gòu)，劃分為殼單元。
紅外探測器組件：紅外探測器用等效質(zhì)量單元代替；紅外探測器支撐是薄臂筒狀結(jié)構(gòu)，采用殼單元劃分。
紅外導(dǎo)引頭實(shí)際裝配結(jié)構(gòu)是將各構(gòu)件用螺釘連接在一起，螺釘連接在有限元方法中屬于非線性問題，求解需要耗費(fèi)較長的計算時間和較大的計算資源，不宜于結(jié)構(gòu)工程化階段設(shè)計參數(shù)的快速優(yōu)化，因此對構(gòu)件之間螺釘連接進(jìn)行線性化處理。在構(gòu)件之間的配合接觸面建立復(fù)合材料單元，構(gòu)件與復(fù)合材料單元之間用節(jié)點(diǎn)直接對接以模擬螺釘連接。劃分完的紅外導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)模型單元總數(shù)1030，節(jié)點(diǎn)總數(shù)1538，光軸方向?yàn)閆向。
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