机载红外成像系统主支撑结构新型轻量化设计方法与应用

由于载体载荷有限，重量一直是机载成像系统结构设计的关键指标。作为机载成像系统中光学系统的主要支承结构，主支承结构的设计必须轻量化。然而，以往机载成像系统主支撑结构的轻量化设计方法主要包括选择刚度较高的金属材料、优化框架结构布局、调整壁厚、增加减重槽等具体措施。由于金属材料的高密度和高密度，这种轻量化设计方法不高，有时不能满足高精度光学系统的非热设计要求。因此，提出了一种复合材料与金属材料相结合的轻量化设计方法。以密度较低、线膨胀系数较低的碳纤维复合材料为主要支撑结构的成形材料，以钛合金为外部界面材料，以最轻重量为目标，以基频为约束条件进行参数优化设计。最后，采用预浸料的制造和铺设方法，获得重量更轻、尺寸稳定性更好的主支撑结构。数值计算、仿真分析和振动试验验证了新方法的有效性。结果表明，新型轻量化主支撑系统的基频为425hz，重量为10.5kg，轻量化率为33.5%，在60均匀温升下，轴向光学间距变化为0.021mm，降低了84.9%。结果表明，新的轻量化设计方法合理有效，解决了结构轻量化和光学非热设计问题，并首次应用于长焦距大口径机载红外成像系统。