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航天某相机焦面结构分析
本文针对航天某相机的焦面组件，使用HyperMesh进行有限元模型前处理，使用RADIOSS求解，求解后并使用HyperView进行结果后处理。进行结构的模态分析和基于模态法的扫频分析，通过结果分析验证了设计的合理性。
1 前言
焦面结构组件是卫星相机的关键组件，集光、机、电、热于一体。为了适应发射阶段和在轨阶段的力学环境要求，必须对关键部件进行力学分析与试验。焦面结构组件如下图所示，主要包括结构基体、反射镜、探测器组件以及探测器驱动电路盒等。本文主要针对焦面组件进行模态以及正弦扫频分析，并对结果进行讨论。
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图1 XX相机焦面结构图
2 有限元模型的建立
2.1 焦面组件的模型前处理
为对焦面组件进行结构分析，须对模型进行适当的简化以及网格的划分。使用HyperMesh强大的几何清理功能对导入的CAD模型进行几何清理，对于的小孔清理，对滤光片进行抽中面进行面网格划分。其余结构基体、反射镜等部件进行体网格划分。网格剖分结果如图2所示。
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图2 某相机有限元分析模型
2.2 结构材料性能
为了满足焦面组件的高强度，轻量化以及满足热稳定性等方面的要求，焦面组件的主要支撑以及关键零部件采用4种材料，各种材料参数分别如表1、表2、表3、表4所示。
表1 材料1参数
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表2 材料2参数
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表3 材料3参数表
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表4 材料4参数表
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焦面结构中所选用材料除了上述几种以外，还包含电路印制板，对于电路印制板的密度采用包括电路板上的元器件在内的总体质量与体积的比值来定义电路板的密度。
表5 PCB板材料参数表
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3 结果分析
3.1 模态分析
通过对上述的模型在RADIOSS中求解，得出焦面组件的前5阶模态，前5阶模态的的频率值如表5所示。由于模型中有薄板存在，前5阶模态主要集中在薄板处和焦面支架的两个薄壁方向。其中一阶和三阶振型如图所示。
表6 前5阶模态频率
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图3 一阶模态振型图
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图4 三阶模态振型图
3.2 正弦扫频分析
为了提高焦面组件的分析精度以及反应焦面组件的准确的力学环境，对于螺栓的连接采用杆单元来代替，对于焦面结构组件的耳板要连接到镜头上的六个螺纹孔进行六个自由度的约束如图2所示。正弦扫频采用模态叠加法。载荷见表5所示。
表5 正弦载荷条件
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扫频模态叠加法正弦扫频结果如图5和图6所示。通过图可以看出在低频阶段加速度没有明显的放大，只有在频率达到1000Hz以后加速度才有放大，而且放大倍数较小。
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图5 CCD处加速度放大随频率的变化图
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图6 反射镜处加速度放大随频率的变化图
4 结论
本文对某相机焦面组件利用HyperMesh进行了结构前处理，利用Radioss进行了模态以及正弦扫频分析。通过模态分析结果来看，一阶频率在900Hz以上，满足设计要求。正弦扫频时900Hz以内没有明显的加速度放大。在1000Hz左右测试敏感点的加速度放大倍数在1.5～1.8之间，满足设计要求。