中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 国家光栅制造与应用工程技术研究中心， 吉林 长春 130022
机械刻划是以中阶梯光栅为主导的大闪耀角、高衍射级次光栅的主要加工方法，其大闪耀角特性使中阶梯光栅的刻划加工难度大幅增加。当光栅刻划刀对刃误差较大，或刀具非力平衡设计时，刻划过程中刀具会受到较大水平扭矩，易导致刀具颤振现象，从而影响光栅质量。为抑制刀具颤振，提高光栅刻划稳定性，针对光栅刻划刀弹性支撑机构的颤振抑制性能开展研究，提出了双层平行弹簧支撑机构。通过有限元仿真对比分析了新旧刀架机构的结构刚度和模态特性，并利用加速度传感器测试了两种刀架机构的刻划刀具颤振状态，对比了两种刀架对颤振的抑制效果。结果表明，双层平行弹簧刀架机构受刻划扭矩时，在刀具夹持处及柔性铰链处的变形较传统刀架结构分别减少了36%和24%，一阶模态提升了2.8倍。颤振信号在时域下基线两侧幅值分别降低了13.6%及22.5%。光栅刻划实验表明，新机构有利于刻划制造中阶梯光栅，所提出的刀架优化设计方法和颤振抑制技术可为光栅刻划制造技术提供理论指导。
机械刻划法 刻划刀架 颤振信号 中阶梯光栅 mechanical ruling method ruling tool carrier chatter signal echelle grating 光学 精密工程
2023, 31(13): 1941
1 山东理工大学 电气与电子工程学院，山东 淄博 255000
2 山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博 255000
为了解决风致振动能量采集器风向采集单一的问题，在圆柱涡激振动的基础上将翼型档板加在悬臂梁的另一端，翼型挡板感受方向带动圆柱体转动，实现随风向的改变而改变。翼型挡板还可以在风能的激励下发生颤振，提高悬臂梁的振动效率。运用Solidworks对风能采集装置的转动部件进行仿真，通过改变风速的大小分析转动部件不同位置在流体中所受压力和压强，保证装置在自然环境中正常工作。
风致振动 涡激振动 颤振 风能采集器 悬臂梁 wind induced vibration vortex induced vibration flutter wind energy harvester cantilever beam
1 北京市遥感信息研究所, 北京 100192
2 上海微小卫星工程中心, 上海 201210
3 中国科学院微小卫星创新研究院, 上海 201210
4 中国科学院微小卫星重点实验室, 上海 201210
星上运动部组件所引起的颤振是当前影响超高分辨率、超高机动成像质量的一个重要因素。针对该信号难以被精确业务化检测识别的问题,提出一种基于卷帘快门CMOS成像的空间相机颤振检测方法,进一步采用高频角位移与高精度参考的数字正摄影像/数字高程模型(DOM/DEM)数据进行效果验证与评价。对2020年发射的某高分型号卫星进行了分析,分析结果表明所设计的检测方法可以有效识别空间相机成像过程中的颤振特性,颤振频率主要集中在156 Hz左右,补偿后的全色影像相对几何精度可提升1.2 pixel左右。
遥感 超高分辨率卫星 卷帘快门CMOS 颤振检测 高频角位移 分时成像
1 防灾科技学院生态环境学院，河北 廊坊 065201
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心，北京 100048
3 中国人民解放军联勤保障部队作战数据室，湖北 武汉 430010
质心定位精度不仅是影响星载激光测高仪姿态精度的关键因素之一，也是探测卫星平台颤振的一种新型技术手段。针对地球科学激光测高仪系统（GLAS）卫星平台激光光斑数据存在噪声信息、空间分辨率较低、最大能量值不唯一等影响质心定位精度的问题，研究了星载激光光斑空间分辨率提高在卫星平台颤振探测中的可行性。首先，提出一种非光斑下的暗通道模板去噪方法，对长时序激光光斑进行去噪处理；其次，协同反卷积与超分辨率重建方法在改善激光光斑的“拖尾”现象的同时提高其空间分辨率；最后，提出一种质心跟踪的灰度加权亚像素质心方法，对长时序激光光斑进行跟踪定位，以实现对卫星平台颤振的初步探测。实验结果表明，本文质心定位方法的残差拟合精度相较于灰度加权法平均约提高0.08 pixel、相较于高斯曲面拟合法平均约提高0.08 pixel、相较于椭圆拟合法平均约提高0.1 pixel，并初步探测到GLAS卫星平台存在周期约为94 min的姿态变化规律。
测量 超分辨率重建 颤振探测 质心定位 激光光斑 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0314004
长春工业大学 机电工程学院, 吉林 长春 130012
针对三维椭圆振动切削在精密光学元件加工过程中颤振会降低光学元件加工质量的问题, 对3D-EVC过程中的颤振进行研究。抑制颤振可看作切削参数的优化问题, 即利用智能优化算法寻优获得最佳切削参数以满足颤振抑制参数的要求。为此提出一种改进的人工蜂群算法, 应用于三维椭圆振动切削加工过程中以进行切削参数的优化, 从而抑制切削过程中的颤振现象。并且将蜜蜂进化策略同粒子群算法中算子移动的“认知”和“社会”两部分进行结合, 通过引入惯性权重来提高全局最优解的搜索能力及收敛性能; 并且建立了刀触点振动幅值、切削深度、进给量及主轴转速之间的数学模型, 最后应用改进人工蜂群(PABC)算法对理论模型进行参数优化; 实验结果显示, 通过参数优化后, 刀尖点振动幅值显著下降, 且工件表面粗糙度降低了70%。验证了利用该方法对3D-EVC过程中颤振现象进行抑制的有效性。
三维椭圆振动切削 颤振 人工蜂群算法 参数优化 three-dimensional elliptical vibration cutting chatter Artificial Bee Colony(ABC) algorithm parameter optimization
1 自然资源部国土卫星遥感应用中心, 北京 100048
2 辽宁技术工程大学测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
颤振是卫星平台在轨运行的固有现象之一,也是高分辨率对地观测卫星研究的难点和热点。针对资源三号02星在轨运行过程中的平台颤振情况,提出了一种基于能量对称分布的相位相关配准算法。结合多光谱相机各谱段相机之间的安装关系,考虑到平台的线性平滑运动特性,采用二次函数消除系统变化量,得到线性拟合的平台颤振曲线,最后利用星敏陀螺数据联合滤波得到卫星姿态复合验证曲线。实验结果表明:在模拟数据情况下,所提配准算法的配准精度能够达到0.05 pixel,可有效辅助探测卫星平台的颤振,并首次探测到资源三号02星平台存在0.63~0.65 Hz的颤振,振幅为0.41″~1.12″。
遥感 资源三号02星 颤振 相位相关配准 多光谱影像
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
提出了基于双重约束函数的无重叠图像期间的颤振估计算法。建立了视差图像与低频颤振相结合的双重约束函数,以评价无重叠图像期间颤振曲线的平滑度;采用共轭梯度法筛选颤振曲线平滑度最优解,并以此作为无重叠图像期间颤振的最佳估计;建立了无重叠图像期间与重叠图像期间颤振之间的函数关系式。以我国XX-1号可见光详查相机为例进行实验,颤振探测结果在被测颤振的频率既不等于也不接近特征频率的整数倍处具备有效性,证明了所提算法能够对无重叠图像期间非特征频率整数倍及其附近处的颤振进行有效探测。
卫星颤振 颤振估计 无重叠图像 电荷耦合器件拼接区
1 南京航空航天大学自动化学院，南京211100
2 ' 中国电子科技集团公司第二十八研究所, 南京210016
分析了高超声速飞行器机翼颤振问题及机翼颤振损伤随机翼应力的变化情况。首先研究高超声速飞行器的二元机翼模型，建立机翼颤振的动力学模型，运用活塞理论对机翼的非定常气动力进行计算，并针对一定飞行速度下的机翼的颤振情况进行分析。然后通过应力-应变σ-ε模型，应变与疲劳寿命的ε-N模型分析机翼颤振应力对机翼颤振损伤的影响。仿真结果表明，机翼颤振损伤与机翼的颤振幅度密切相关，为工程实践中的机翼可靠性分析提供了重要的参考。
高超声速飞行器 气动弹性 机翼颤振 结构损伤 hypersonic vehicle aeroelasticity airfoil flutter structural damage
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
由于大口径空间相机对空间环境变化和卫星内部振源引起的微振动十分敏感, 本文研究了影响成像质量的微振动频率响应的计算方法, 以改善相机的在轨动态成像质量。该方法通过实际光学模型取代线性光学模型, 建立微振动光机集成模型, 从而计算影响成像质量的微振动频率响应。首先, 建立大口径空间相机有限元模型, 进行结构频率响应计算, 得到采样频率点的光学表面节点位移和相位。然后, 通过蒙特卡洛分析方法, 建立微振动光机集成模型, 以均方根光学系统动态传递函数和视轴漂移衡量大口径空间相机动态成像性能。最后, 研制了大口径空间相机力学样机, 对其进行了振动试验, 验证了有限元模型的正确性。试验结果表明仿真结果与试验结果接近, 误差均在5%以内, 满足大口径空间相机动态成像质量分析的要求。
大口径空间相机 机载望远镜 像质 微振动 视轴颤振 集成分析 large-aperture camera space-borne telescope image quality micro-vibration line-of-sight jitter integrated analysis
