CN114183494A - 一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，属于光电稳定平台技术领域，本发明包括与载机固定连接的平台主体；所述平台主体具有一级隔振件、与所述一级隔振件固定连接的无源自稳装置、以及将相机连接在所述无源自稳装置上的二级隔振件；其中，所述无源自稳装置具有能够做旋转运动的无源自稳结构，所述无源自稳结构旋转中心与所述相机的重心连线垂直于水平面，本发明结构紧凑，为光电系统实现轻型化、小型化创造了条件，而且采用两级复合隔振设计，克服了单级隔振衰减率低的缺点，具有无功耗、低成本的载机适应性、光电载荷图像质量清晰的有益效果。

Description

一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台
技术领域
本发明涉及光电稳定平台技术领域，尤其涉及一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台。
背景技术
光电载荷作为飞行平台的重要任务设备，具备战场侦察、目标跟踪与指示等作战能力，与其它的机载任务设备相比，光电载荷对载机的装机适应性主要有以下特点：1、对角振动敏感远远大于线振动；2、角振动一般都是低频，线振动主要集中在高频；
光电稳定平台是光电载荷隔离载机平台振动和飞行姿态的设备，目前，光电稳定平台是由框架与驱动轴系组成的伺服控制设备，这种有源的控制系统在低成本、低功耗、体积与重量受限的微小型机载光电载荷稳定与隔振中，显然存在浪费光电载荷空间与资源问题,目前，随着小型旋翼无人机的迅猛发展，搭载三轴稳定平台的光电载荷的需求越来越多，然而，基于无刷与有刷电机驱动的三轴稳定平台，不仅在空间上挤压了光电载荷的空间，使得光电载荷性能受限，而且稳定平台占有整个光电系统大部分的经济成本，使得应用的批量下降；
因此，基于上述问题，本领域技术人员亟需提供一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，能够从航空下视相机的需求出发，针对载机的振动特性，在无源的条件下，通过系统设计，将下视相机与外部恶劣环境隔开，保证了航空下视相机能够获得清晰稳定的图像质量，而且，能够使得光电载荷在受限的空间包络下性能能够进一步提升，而且无源的稳定减振平台将带来更加良好的经济效益。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，包括：
端部与载机固定连接的平台主体；
所述平台主体具有一级隔振件、与所述一级隔振件固定连接的无源自稳装置、以及将相机连接在所述无源自稳装置上的二级隔振件；
其中，所述无源自稳装置具有能够做旋转运动的无源自稳结构，所述无源自稳结构旋转中心与所述相机的重心连线垂直于水平面。
进一步的，所述无源自稳装置以悬臂的形式与所述一级隔振件固定连接，所述无源自稳装置远离所述一级隔振件端装设有关节球轴承，所述关节球轴承为所述无源自稳结构。
进一步的，所述无源自稳装置包括安装座和转接头；
所述安装座通过所述无源自稳结构与所述转接头活动连接；
所述二级隔振件设置有多个导向销，通过所述导向销与所述转接头连接。
进一步的，所述安装座位于所述转接头端装设有限位块，用于阻挡所述转接头旋转。
进一步的，所述限位块为聚氨酯材质。
进一步的，所述二级隔振件包括与所述相机固定连接的隔振座，所述隔振座远离所述相机侧装设有与所述无源自稳装置接触并用于二级减振吸能的橡胶隔振垫。
进一步的，所述一级隔振件为圆柱体结构，所述一级隔振件中部具有减振接口环，用于一级减振吸能。
进一步的，所述减振接口环为橡胶材质的波纹管，所述波纹管内部嵌装有螺旋弹簧。
进一步的，还包括与所述一级隔振件固定连接的外罩，所述外罩远离所述一级隔振件端形成有球面，以便使所述外罩内部形成具有球冠的圆柱形容纳腔。
进一步的，所述外罩呈圆柱体结构，且所述外罩与于圆柱体结构的所述所述一级隔振件等径。
在上述技术方案中，本发明提供的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，有益效果：
1、该无源自稳减振平台，有效地增大了光电载荷有效空间，节约了隔离载机扰动的成本，不需要动力源的设计，更增加了光电载荷的应用场合，为光电系统实现轻型化、小型化创造了条件。
2、在装机适应性方面，采用无源的关节球轴承替代有源的电机驱动轴系隔离角扰动，使得光电载荷图像质量清晰无晃动，实现了无功耗、低成本的载机适应性。
3、在抗振动和冲击方面，采用两级复合隔振设计，克服了单级隔振衰减率低的缺点，使得光电载荷图像质量清晰。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明公开的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台的轴测图；
图2是本发明公开的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台的平台主体轴测图；
图3是本发明公开的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台的一级隔振组件轴测图；
图4是本发明公开的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台的无源自稳结构轴测图；
图5是本发明公开的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台的二级隔振组件轴测图。
附图标记说明：
1、平台主体；2、相机；3、外罩；4、一级隔振件；41、法兰；42、减振接口环；43、连接件；5、无源自稳装置；51、安装座；52、关节球轴承；53、圆柱销；54、转接头；55、限位块；6、二级隔振件；61、导向销；62、橡胶隔振垫；63、隔振座。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1、2所示；
发明一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，包括：平台主体1；
平台主体1一端与载机固定连接，载机为现有技术中的螺旋桨飞机，平台主体1安装的相机2为下视相机，平台主体1具有一级隔振件4、无源自稳装置5、二级隔振件6；
一级隔振件4一端与载机固定连接，另一端与无源自稳装置5固定连接，无源自稳装置5远离一级隔振件4端通过二级隔振件6与相机2连接；
其中，无源自稳装置5具有能够做旋转运动的无源自稳结构，无源自稳结构旋转中心与相机2的重心连线垂直于水平面。
该结构通过一级隔振件4对载机恶劣振动环境进行初步隔离，无源自稳装置5通过无源自稳结构对载机的角振动进行隔离设计，并将无源自稳结构旋转中心与相机2的重心连线垂直于水平面设置，使得相机2能够自稳定，其次，无源自稳装置5通过二级隔振件6与相机2连接，利用二级隔振件6对载机的振动进行进一步的隔离，从而载机振动环境被二次衰减，该无源自稳减振平台集隔离载机的姿态角扰动和恶劣的振动于一体，通过两级隔离，使得抗振效果明显；
参见图4所示；
优选的，无源自稳装置5以悬臂的形式与一级隔振件4固定连接，无源自稳装置5远离一级隔振件4端装设有关节球轴承52，关节球轴承52为无源自稳结构，优选的，该关节球轴承52为现有技术中米思米公司生产，型号为NTLHS5R关节球轴承，该结构中利用关节球轴承运动时可以在任意角度旋转摆动的特性，从而替代有源的电机驱动轴系隔离角扰动，使得光电载荷图像质量清晰无晃动，实现了无功耗、低成本的载机适应性；
优选的，无源自稳装置5包括安装座51和转接头54；
安装座51通过无源自稳结构与转接头54活动连接，二级隔振件6设置有多个导向销61，通过导向销61与转接头54连接。
具体的，无源自稳装置5包括安装座51、关节球轴承52、转接头54；
安装座51一端与一级隔振件4设置的连接件43固定连接，关节球轴承52的固定件通过螺栓与安装座51固定连接，关节球轴承52的活动件通过水平设置的圆柱销53与转接头54连接，圆柱销53端部通过外螺纹螺纹连接有螺母，通过螺母阻挡圆柱销53脱离转接头54；
参见图4所示，为了防止关节球轴承52的活动部件转动角度过大，优选的，安装座51位于转接头54端装设有限位块55，通过限位块55阻挡转接头54旋转。
具体的，安装座51位于转接头54端固连有限位块55，限位块55上布设有限位槽，转接头54对应限位块55的限位槽位置设置有固定块，工作状态下，转接头54旋转，固定块与限位块55的限位槽侧壁接触，从而限定转接头54摆动角，使得转接头54摆动角满足载机正常的姿态扰动角即可，防止关节球轴承52的活动部件转动角度过大，对外罩3造成损坏，优选的，限位块55为聚氨酯材质，在载机起飞或降落过程中，以缓冲载机带来的冲击，该结构中，从转接头54开始，转接头54以下连接的所有部件，要求重心通过关节球轴承52的球心与地心连线，并且重心越远离球心，稳定性越好，也就是说利用铅垂线特性原理，转接头54以下连接的橡胶隔振垫62、隔振座63、以及相机2累积形成的重心与关节球轴承52的球心连线垂直与水平面，从而使得相机2能够自稳定；
参见图5所示；
优选的，二级隔振件6包括与相机2固定连接的隔振座63，隔振座63远离相机2侧装设有与无源自稳装置5接触并用于二级减振吸能的橡胶隔振垫62。
具体的，该结构中隔振座63下部与相机2固定连接，隔振座63上部通过橡胶隔振垫62与转接头54接触，优选的，橡胶隔振垫62的材料为航空橡胶，厚度根据隔振的频率进行计算得出，本实施例中橡胶隔振垫62的厚度为4mm，且隔振座63与转接头54之间连接有多个导向销61，导向销61可以是现有技术中的内六角螺栓，内六角螺栓贯穿转接头54的导向孔和橡胶隔振垫62与隔振座63螺纹连接，从而将隔振座63吊装在转接头54下部；
参见图3所示：
优选的，一级隔振件4为圆柱体结构，一级隔振件4中部具有减振接口环42，用于一级减振吸能。
具体的，一级隔振件4包括法兰41、减振接口环42、连接件43；
减振接口环42一端固连有法兰41，通过法兰41与载机固定连接，减振接口环42另一端固连有连接件43，通过连接件43与无源自稳装置5固定连接；优选的，减振接口环42为橡胶材质的波纹管，波纹管内部嵌装有螺旋弹簧，通过螺旋弹簧提高减振接口环42整体刚度，该无源自稳减振平台的平台主体1通过一级隔振件4、无源自稳装置5、二级隔振组6相结合，既能隔离载机恶劣的振动环境，又能隔离载机的姿态振动；
为了给相机2提供封闭环境，优选的，该无源自稳减振平台还包括与一级隔振件4固定连接的外罩3，外罩3远离一级隔振件4端形成有球面，以便使外罩3内部形成具有球冠的圆柱形容纳腔，通过容纳腔容纳相机2，为了保证结构紧凑性，外罩3呈圆柱体结构，且外罩3与于圆柱体结构的一级隔振件4等径。也就是说，外罩3内包络是一个带有球冠的圆柱体空间，相机2充分利用圆柱截面圆直径尺寸进行空间布置，而平台主体1利用空余空间进行排布，这样使得在受限的体积包络下，光电载荷的包络最大，从而实现更好的性能。
在上述技术方案中，本发明提供的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台将载机的振动与姿态扰动的隔离过程如下：
针对应用载机的振动特性，载机为螺旋桨飞机，其振动表现出宽带随机背景下叠加窄带随机，载机在平飞工作时的振动一阶频率在133Hz，最大的量值发生在垂直方向为2.4g；
首先，恶劣的振动环境经过一级隔振件4隔离，衰减率可达80％以上；
其次，载机残余的振动量级和低频的姿态扰动将传递到无源自稳结构5，无源自稳结构5具有隔离角扰动的能力，尤其是低频的角扰动，它也能达到完全的隔离，所以经过无源自稳结构5后，载机将只剩下残余的振动量；
最终，残余的振动量将被二级隔振件6进一步隔离，其衰减率也可达80％以上，经过整个过程后，载机最终传递给相机2的振动量级不到0.1g，相机将一直处于垂直下视的状态进行稳定清晰地成像。
有益效果：
1、该无源自稳减振平台，有效地增大了光电载荷有效空间，节约了隔离载机扰动的成本，不需要动力源的设计，更增加了光电载荷的应用场合，为光电系统实现轻型化、小型化创造了条件。
2、在装机适应性方面，采用无源的关节球轴承替代有源的电机驱动轴系隔离角扰动，使得光电载荷图像质量清晰无晃动，实现了无功耗、低成本的载机适应性。
3、在抗振动和冲击方面，采用两级复合隔振设计，克服了单级隔振衰减率低的缺点，使得光电载荷图像质量清晰。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于，包括：
与载机固定连接的平台主体(1)；
所述平台主体(1)具有一级隔振件(4)、与所述一级隔振件(4)固定连接的无源自稳装置(5)、以及将相机2连接在所述无源自稳装置(5)上的二级隔振件(6)；
其中，所述无源自稳装置(5)具有能够做旋转运动的无源自稳结构，所述无源自稳结构旋转中心与所述相机(2)的重心连线垂直于水平面。
2.根据权利要求1所述的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于；
所述无源自稳装置(5)以悬臂的形式与所述一级隔振件(4)固定连接，所述无源自稳装置(5)远离所述一级隔振件(4)端装设有关节球轴承(52)，所述关节球轴承(52)为所述无源自稳结构。
3.根据权利要求2所述的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于；
所述无源自稳装置(5)包括安装座(51)和转接头(54)；
所述安装座(51)通过所述无源自稳结构与所述转接头(54)活动连接，其中，所述二级隔振件(6)设置有多个导向销(61)，通过所述导向销(61)与所述转接头(54)连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于；
所述安装座(51)位于所述转接头(54)端装设有限位块(55)，用于阻挡所述转接头(54)旋转。
5.根据权利要求4所述的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于；
所述限位块(55)为聚氨酯材质。
6.根据权利要求3所述的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于；
所述二级隔振件(6)包括与所述相机(2)固定连接的隔振座(63)，所述隔振座(63)远离所述相机(2)侧装设有与所述无源自稳装置(5)接触并用于二级减振吸能的橡胶隔振垫(62)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于；
所述一级隔振件(4)为圆柱体结构，所述一级隔振件(4)中部具有减振接口环(42)，用于一级减振吸能。
8.根据权利要求7所述的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于；
所述减振接口环(42)为橡胶材质的波纹管，所述波纹管内部嵌装有螺旋弹簧。
9.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于；
还包括与所述一级隔振件(4)固定连接的外罩(3)，所述外罩(3)远离所述一级隔振件(4)端形成有球面，以便使所述外罩(3)内部形成具有球冠的圆柱形容纳腔。
10.根据权利要求9所述的一种用于航空下视相机的无源自稳减振平台，其特征在于；
所述外罩(3)呈圆柱体结构，且所述外罩(3)与于圆柱体结构的所述所述一级隔振件(4)等径。
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