空间轻小型离轴三反相机桁架主支撑结构设计

为了满足轻小型离轴三反相机精度高、质量小的要求,采用了一种以碳纤维桁架杆结合钛合金安装基板的空间相机主支撑结构。通过分析对比各种空间相机主支撑结构的优缺点,结合本文所述光学系统的特点,确定了次镜安装基板和折叠镜安装基板分开支撑的支撑方式。对初始的主支撑结构进行以一阶频率为优化目标,质量为约束条件的动力学尺寸优化,并对最终的主支撑结构特性进行了有限元分析和试验验证。有限元分析和振动试验表明:在主支撑结构质量不大于4 kg的条件下,所研制的离轴三反相机主支撑结构力学性能指标均满足设计要求,其中一阶频率达到291.4Hz。该离轴三反相机主支撑结构设计方案可以作为其它同型相机结构设计的技术参考。

离轴三反空间相机主支撑结构优化设计与试验

为解决离轴三反空间相机随机响应过大的问题,提出了一种以降低加速度响应均方根值(RMS)为目标的空间相机主支撑结构拓扑优化设计方法。首先,在分析各种空间相机主支撑结构和某离轴三反光学系统特点的基础上,确定了次镜组件和折叠镜组件分开支撑的结构形式。其次,以离轴三反空间相机次镜的加速度响应均方根值为优化目标,以体积分数,X、Y、Z向重力载荷分别作用下次镜的刚体位移,主支撑结构的一阶频率为约束条件对初始主支撑结构有限元模型进行拓扑优化设计,得到了加速度响应满足设计要求的主支撑结构。最后,对该结构进行有限元分析和振动试验,表明了该离轴三反空间相机力学性能指标均满足设计要求,其中Z向2 g RMS量级的随机激励下次镜的加速度响应均方根值为5.08 g;主支撑结构质量仅为3.8 kg,一阶频率达到了291.4 Hz。该离轴三反相机主支撑结构的设计方法可以作为其他同型相机结构设计的参考。