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微小型滚仰式红外导引头光机轴系一体化设计

马俊林 邢妍 高群 杜杰 刘英

马俊林, 邢妍, 高群, 杜杰, 刘英. 微小型滚仰式红外导引头光机轴系一体化设计[J]. 红外技术, 2021, 43(5): 411-416.
引用本文: 马俊林, 邢妍, 高群, 杜杰, 刘英. 微小型滚仰式红外导引头光机轴系一体化设计[J]. 红外技术, 2021, 43(5): 411-416.
MA Junlin, XING Yan, GAO Qun, DU Jie, LIU Ying. Design of Micro-miniature Infrared Seeker with Roll-Pitch Structure[J]. Infrared Technology , 2021, 43(5): 411-416.
Citation: MA Junlin, XING Yan, GAO Qun, DU Jie, LIU Ying. Design of Micro-miniature Infrared Seeker with Roll-Pitch Structure[J]. Infrared Technology , 2021, 43(5): 411-416.

微小型滚仰式红外导引头光机轴系一体化设计

基金项目: 

吉林省科技发展计划项目 20180201048GX

详细信息
    作者简介:

    马俊林(1985-),男,黑龙江双城人,助理研究员,硕士研究生,主要从事精密光机结构设计与分析方面的研究

    通讯作者:

    刘英(1980-),女,副研究员,主要从事红外光学设计和分析,E-mail:liuy613@163com

  • 中图分类号: TH745

Design of Micro-miniature Infrared Seeker with Roll-Pitch Structure

  • 摘要: 针对导弹口径微小化的需求,为解决微小型导引头无法全方位扫描的问题,提出一种微小型滚仰式红外导引头光机轴系一体化结构。该光机结构把经典滚仰式导引头两根独立俯仰轴与光机结构本体设计成一体,通过红外探测器固定连接的方式让整体结构更加紧凑并兼具焦距微调功能,在保证成像质量的同时大大减小了光机结构的体积。将建模后的光机结构进行有限元热力耦合分析,在导引头温度、位置和角度等8组极限工作情况下,得到结构件和镜片的热变形。分析结果表明,提出的光机结构满足微小型(80 mm)、抗冲击(10g)和高低温(-40℃~60℃)工作要求,可以预测实际使用时的工作情况,对设计具有重要的指导意义。
  • 图  1  滚仰式红外导引头整体结构图

    Figure  1.  Overall structure of infrared optical seeker with roll-pitch structure

    图  2  俯仰角度图

    Figure  2.  Pitch angles

    图  3  红外导引头光学设计图

    Figure  3.  Optical design of infrared seeker

    图  4  光机结构组件图

    Figure  4.  Component of optical-mechanical structure

    图  5  俯仰安装块图

    Figure  5.  Pitch mounting

    图  6  网格划分图

    Figure  6.  Meshing of the lens

    图  7  三种极限位置下镜头组件的变形云图

    Figure  7.  Deformation nephogram of lens under three extreme conditions

    图  8  三种极限位置下1镜、2镜和3镜的变形云图

    Figure  8.  Deformation nephogram of len1, len2 and len3 under 3 extreme conditions

    表  1  机械参数

    Table  1.   Parameters of mechanical performance

    Material Density/(g/cm2) Rupture modulus/Mpa Young's modulus/Gpa Poisson ratio Thermal coefficient w/(m·℃) Linear expansion coefficient 10-6/℃
    Nc-Ge 5.33 75 103 0.28 59 5.7
    7075Al alloy 2.74 524 76 0.33 237 23.5
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    表  2  零件接触关系设置

    Table  2.   Contacts setting

    Mating part Clamper Tube Clamper Len1 Tube Len1 Len1 Spacer1 Len2 Spacer1 Len2 Spacer2 Len3 Spacer2 Len2 Tube Len3 Tube Tube Mounting
    Contact Bounded Frictional Frictional Frictional Frictional Frictional Frictional Bounded Bounded Bounded
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    表  3  网格划分

    Table  3.   Meshing of parts

    Part Clamper Len1 Len2 Len2 Spacer1 Spacer2 Tube Pitch mounting
    Mesh size/mm 1 0.2 0.2 0.2 1 1 0.5 0.5
    Mesh type Tetrahedron Hexahedron Hexahedron Hexahedron Auto Auto Tetrahedron Tetrahedron
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    表  4  1镜、2镜和3镜在8种情况下的最大变形量

    Table  4.   Maximum deformation of len1, len2 and len3 under 8 limited conditions


    -40℃
    +1 mm

    -40℃
    -1 mm

    60℃
    +1 mm

    60℃
    -1 mm
    90°
    -40℃
    +1 mm
    90°
    -40℃
    -1 mm
    90°
    60℃
    +1 mm
    90°
    60℃
    -1 mm
    Len 1 0.0318 0.0324 0.0195 0.0199 0.0324 0.0318 0.0195 0.0198
    Len 2 0.0189 0.0202 0.0119 0.0137 0.0178 0.0172 0.0112 0.0125
    Len 3 0.0114 0.0123 0.0073 0.0089 0.0099 0.0083 0.0068 0.0081
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-09
  • 修回日期:  2020-07-30
  • 刊出日期:  2021-05-22

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