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摘要
由于载机负载有限，重量一直是机载成像系统结构设计时的关键指标。主支撑结构作为机载成像系统中光学系统的主承力结构，必须进行轻量化设计。但是，以往机载成像系统主支撑结构轻量化设计方法主要包括选择比刚度高的金属材料、优化框架结构布局、调整壁厚、增加减重槽等具体措施。由于金属材料的密度和线膨胀系数较高，这种轻量化设计方法的轻量化程度不高，且有时无法满足高精度光学系统无热化设计的要求。因此，提出了一种复合材料与金属材料相结合的新型轻量化设计方法，利用更低密度、更低线膨胀系数的碳纤维复合材料作为主支撑结构成型材料，钛合金作为对外接口材料，并以重量最轻为目标、基频为约束进行了参数优化设计，最后采用预浸料制造与铺放方法获得了更高轻量化、更优尺寸稳定性的主支撑结构。通过数值计算、仿真分析与振动试验对新方法的有效性进行了验证，结果表明新型轻量化主支撑系统基频为425Hz；重量为10.5kg，轻量化率为33.5%；60℃均匀温升时轴向光学间隔变化量为0.021mm，降低了84.9%。研究结果表明新型轻量化设计方法合理、有效，解决了结构轻量化与光学无热化设计的难题，并首次应用到长焦距大口径机载红外成像系统中。
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