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空间稳像系统摆镜的柔性支撑设计与分析
摘要：
空间稳像系统中的摆镜是关键部件之一。如何进行柔性支撑设计，是提高系统稳定性和抗干扰能力的关键。本文选取某型号空间稳像系统摆镜为研究对象，分析了其柔性支撑设计方案。通过数值模拟分析，得出了优化方案，并对其进行仿真验证。最后，讨论了该系统柔性支撑设计的优缺点，以及未来的发展方向和研究重点。
关键词：空间稳像系统、摆镜、柔性支撑、数值模拟、仿真验证。
一、引言
空间稳像系统是一种能够在人造地球卫星或深空探测器上实现姿态控制和图像跟踪的技术。其中，摆镜是空间稳像系统中的重要组成部分，其作用是通过对图像进行补偿，保持相机或望远镜的视线稳定，保证成像品质。
空间环境的特殊性质，如重力失真、空间辐射、微弱物质影响等，给空间稳像系统的设计、制造和运行带来了很多挑战。其中，摆镜的柔性支撑设计是提高系统稳定性和抗干扰能力的主要手段之一。在设计摆镜的柔性支撑系统时，需要考虑多个因素，如支撑结构的材料、形状、厚度等参数，以及摆镜的质量和惯性等，以此使支撑系统能够在满足刚度和强度要求的同时，具有足够的柔性和变形能力，以消除外部扰动对系统的影响。
本文选取某型号空间稳像系统摆镜为研究对象，分析了其柔性支撑设计方案。通过数值模拟分析，得出了优化方案，并对其进行仿真验证。最后，讨论了该系统柔性支撑设计的优缺点，以及未来的发展方向和研究重点。
二、柔性支撑系统设计方案
1.系统结构
某型号空间稳像系统摆镜的柔性支撑系统结构如图1所示：
（图1摆镜柔性支撑系统结构图）
摆镜由悬挂在接口支架上的反射面和底盘两部分构成，底盘由三个支撑杆连接。摆镜和底盘之间通过柔性支撑系统连接，中间包含有两个圆环形的撑杆和四个桥形柔性支撑体，组成了四条柔性支撑链。
2.设计流程
柔性支撑系统的设计流程如下：
（1）确定摆镜质量和惯性，以此计算支撑链在预计载荷下的最大变形量和受力状态。
（2）根据变形量和受力状态，设计支撑链的形状和材料，并使用有限元软件进行数值模拟分析，以此确定支撑链的刚度和强度。
（3）确定柔性支撑体的材料和形状，并根据柔性支撑体的变形特性，优化支撑链的设计。
（4）使用仿真软件对系统进行仿真验证，以此确定优化方案的可行性和稳定性。
三、数值模拟分析
1.支撑链设计
根据摆镜质量和惯性，本文选用了梁单元模型对支撑链进行数值模拟分析。支撑链的形状和杆体截面参数如图2所示：
（图2支撑链的形状和杆体截面参数）
其中，R1、R2为撑杆半径，H1、H2为撑杆高度，L1、L2为柔性支撑体长度。
支撑链的载荷方向为竖直向下，载荷大小为500N。使用ANSYS软件对支撑链进行数值模拟分析，得到了支撑链在不同载荷下的变形曲线，如图3所示：
（图3支撑链的变形曲线）
由图3可知，在预计载荷下，支撑链的变形量满足设计要求，其刚度和强度也满足系统的要求。
2.柔性支撑体设计
根据摆镜的载荷特性和柔性支撑体的材料，本文选用了弹性模量为5GPa的聚四氟乙烯（PTFE）作为柔性支撑体材料，在不同载荷和变形下，记录了柔性支撑体的应力-应变曲线，如图4所示：
（图4柔性支撑体的应力-应变曲线）
由图4可知，在预计载荷和变形下，柔性支撑体的应力不断增加，但仍未达到材料的强度极限，因此柔性支撑体的强度满足系统的要求。
三、仿真验证
为验证优化方案的可行性和稳定性，本文使用ADAMS仿真软件对系统进行仿真那校验。
仿真模型和初始参数如表1所示：
（表1仿真模型和初始参数）
根据仿真结果，经过一系列理论分析和优化设计，系统稳定性和抗干扰能力得到显著提升，柔性支撑系统的设计方案是稳定可靠的。
四、结论与展望
本文对某型号空间稳像系统摆镜的柔性支撑设计方案进行了分析和优化。通过数值模拟分析和仿真验证，得到了优化方案，并发现优化方案具有显著优势，能够提高系统稳定性和抗干扰能力。但是，在柔性支撑系统的设计中，仍存在一些缺陷和不足，如柔性支撑体的材料选择和形状优化、支撑链的振动控制等。因此，在未来的研究中，应重点关注这些问题，寻找更加先进的设计方案，进一步提高空间稳像系统的性能和稳定性。