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紅外導(dǎo)引頭具有制導(dǎo)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、隱蔽性好、結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，已成為精確制導(dǎo)的重要技術(shù)手段，其工作性能的好壞直接影響著導(dǎo)彈的飛行精度。導(dǎo)彈在飛行過程中要經(jīng)歷嚴(yán)酷的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，而紅外導(dǎo)引頭作為導(dǎo)彈儀器艙內(nèi)部的有效載荷，其光學(xué)系統(tǒng)尺寸有可能發(fā)較大變化，因此對(duì)紅外導(dǎo)引頭在動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的光學(xué)性能必須予以關(guān)注。利用有限元分析方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外導(dǎo)引頭的光學(xué)性能預(yù)示，即通過建立結(jié)構(gòu)有限元模型并計(jì)算其在工作環(huán)境下的力學(xué)響應(yīng)來獲取光學(xué)系統(tǒng)尺寸變化但由于建模過程中存在邊界條件不確定和連接方式簡(jiǎn)化等誤差源，使有限元模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)間存在著偏需要對(duì)模型加以修正才能進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析以確保分析結(jié)果的可信度。紅外導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：光學(xué)元件鏡面最大轉(zhuǎn)角偏差為3″，最大位移偏差為1μm。
本研究利用模型修正的有限元方法對(duì)紅外導(dǎo)引頭進(jìn)行了光學(xué)性能分析，在有限元建模過程中采用復(fù)合材料單元模擬部件之間連接關(guān)系，并以紅外導(dǎo)引頭模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)為基準(zhǔn)，通過反復(fù)修改復(fù)合材料單元的特性參數(shù)使模態(tài)分析與試驗(yàn)結(jié)果相一致。將修正好的模型用于紅外導(dǎo)引頭瞬態(tài)振動(dòng)與過載仿真計(jì)算，獲得光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的鏡面變形結(jié)果，對(duì)紅外導(dǎo)引頭在動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的光學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化提供了參考依據(jù)。
紅外導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)由主鏡組件、次鏡組件、三鏡組件、紅外探測(cè)器組件組成，構(gòu)件有限元模型直接由屏幕樣機(jī)生成以保證幾何數(shù)據(jù)與真實(shí)結(jié)構(gòu)一致，根據(jù)構(gòu)件幾何特征確定對(duì)其進(jìn)行離散化的單元類型。
主鏡組件：主鏡是圓盤形實(shí)體，采用六面體單元?jiǎng)澐郑恢麋R室是由筋板圓周分布而成，劃分為殼單元。
次鏡組件：次鏡是圓盤形實(shí)體，采用六面體單元?jiǎng)澐�；次鏡支撐是懸臂梁支撐結(jié)構(gòu)，采用殼體單元組合劃分，支撐筋板用殼單元，兩端環(huán)形座用體單元，殼與體之間連接引入罰單元進(jìn)行協(xié)調(diào)。
三鏡組件：三鏡是圓盤形實(shí)體，采用六面體單元?jiǎng)澐�；三鏡支撐是橫縱筋板分布的筒狀結(jié)構(gòu)，劃分為殼單元。
紅外探測(cè)器組件：紅外探測(cè)器用等效質(zhì)量單元代替；紅外探測(cè)器支撐是薄臂筒狀結(jié)構(gòu)，采用殼單元?jiǎng)澐帧?br />
紅外導(dǎo)引頭實(shí)際裝配結(jié)構(gòu)是將各構(gòu)件用螺釘連接在一起，螺釘連接在有限元方法中屬于非線性問題，求解需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間和較大的計(jì)算資源，不宜于結(jié)構(gòu)工程化階段設(shè)計(jì)參數(shù)的快速優(yōu)化，因此對(duì)構(gòu)件之間螺釘連接進(jìn)行線性化處理。在構(gòu)件之間的配合接觸面建立復(fù)合材料單元，構(gòu)件與復(fù)合材料單元之間用節(jié)點(diǎn)直接對(duì)接以模擬螺釘連接。劃分完的紅外導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)模型單元總數(shù)1030，節(jié)點(diǎn)總數(shù)1538，光軸方向?yàn)閆向。
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