2m主镜主动支撑优化设计

结合某空间光学系统的任务需求,对其2 m口径主镜的支撑难点作了详细的论述。为了使主镜达到光学设计所要求的面形精度,运用了结构有限元法和优化设计方法对主镜进行了支撑位置优化;并分别针对主镜轴向1 g重力载荷、轴向1 g重力载荷耦合1℃均匀温升两种工况,以主镜镜面RMS为目标函数、力驱动器驱动力为优化变量进行了多参数优化。通过优化获得了最佳的驱动力组合,镜面RMS分别达到19 nm、43 nm。该方法具有一定的应用价值。

用静强度理论考查结构随机振动响应的工程分析方法

在结构的初期设计阶段,为了预测结构在随机振动激励下的响应,提出用结构在随机振动过程中的最大响应加速度作为准静态载荷计算结构应力响应的工程分析方法。给出Miles公式法、全频段PSD(power spectral density)法和半功率带宽法三种估算结构随机振动激励下最大响应加速度的方法,并用这三种方法对某相机主镜组件进行随机振动条件下的应力仿真计算。对比计算结果与试验数据,表明用Miles公式法和全频段PSD法仿真计算的误差较小,分别在13%和15%以内。说明用静强度理论考查结构随机振动响应的工程分析方法具有一定的应用价值。

空间光学遥感器长圆形反射镜组件优化设计与分析

为了减轻空间光学遥感器反射镜的镜体质量,并降低反射镜在恶劣空间环境下的面形误差,利用有限元技术对某长圆形反射镜组件进行了优化设计。首先在反射镜进行轻量化后,对其进行支撑点位置优化和结构拓扑优化;其次对柔性支撑进行优化设计,引入了一种新型柔性铰链,解决了因背板热变形导致反射镜径向变形的问题,改善了反射镜面形精度。优化后的反射镜面形RMS最大值为14.6 nm,小于λ/30(λ=632.8 nm),一阶固有频率大于100 Hz,满足了设计要求,证明了该优化设计方法合理可行。

长条形扫描反射镜的柔性支撑

为适应复杂的工作环境,提高反射镜的面形精度,设计了基于柔性支撑的RB-Si C材料长条形扫描反射镜。采用三角形单元和四边形单元相结合的背部开放式结构,对扫描反射镜进行了轻量化设计;通过分析支撑点跨距对反射镜变形的影响,对支撑点位置进行了优化设计;设计了万向柔性支撑的结构形式,消除装调和环境变化产生的残余应力;利用有限单元法建立了扫描反射镜组件的模型,计算后面形精度可达到0.023λ;采用自准值法,利用Zy Go干涉仪对反射镜的面形精度进行了测量,测量结果显示扫描反射镜的面形RMS值达到0.029λ。通过模拟无穷远处动静态目标进行了静动态成像试验,成像质量一致,通过飞行试验对地面目标进行了拍摄,扫描反射镜动态成像稳定,所获得的图像质量良好。

基于有效模态质量的有限元建模

介绍一种简单的基于有效模态质量与结构质量的比值∑meff/m来判断有限元模型精确度的方法,给出了基于多自由度系统的理论证明。在通过试验验证了某空间相机及其支架各自有限元模型正确性的前提下,针对二者之间的特殊连接结构采用三种建模方式,分别计算整体结构的有效模态质量和模态频率,其中∑meff/m比值最大的模型所对应的模态频率计算值与试验值最接近,误差在5%之内。有效模态质量是判断有限元模型好坏的重要参数,该方法对一般结构的有限元建模工作有一定的借鉴作用。

空间臂式补偿机构轴承预紧力与系统刚度关系分析

为了补偿空间光学望远镜在轨跟踪目标过程中受空间各种因素影响而导致的光学系统视轴和目标之间产生的相对移动和旋转(即指向偏差和指向振荡),设计由臂式补偿机构控制望远镜补偿与目标的相对运动。但由于臂式补偿机构的尺寸和质量严格限制在一定范围内,且望远镜尺寸很大,质量达3 000 kg,这种结构形式导致系统刚度很低。为了满足控制系统提出的结构高刚度要求,在系统结构形式确定的情况下,分析施加轴承预紧力提高系统刚度的可行性。分析了轴承预紧力、轴承刚度和系统刚度之间的关系,获得了轴承预紧力与系统固有频率的关系。分析证明在系统结构形式确定的情况下,施加合适的轴承预紧力,可以提高系统的刚度,同时为轴承最佳预紧力的确定提供了一个有效的方法。

高光谱与高分辨率CO_2探测仪安装座结构设计

随着环境大气污染程度的加剧,特别是CO2增加,各国对大气环境质量的监测越来越重视。相应的高光谱与高分辨率探测仪的应用也越来越得到关注。而星载探测仪必须满足空间环境的要求才能保证探测仪的成像质量。安装座作为探测仪的关键部件,它的设计合理与否对探测仪的精度具有很大的影响。因此根据探测仪使用要求及安装接口设计了三种安装座结构,对比其在力学振动和温升条件下的性能。从理论和实验得出,平动式安装座在力学振动环境下一阶频率达到82 Hz,准直镜组件相对光栅面偏转小于10″,成像镜组件相对光栅面偏转小于10″,都能满足设计技术要求。在4℃温升环境下,平动式安装座的结构对准直镜组件和成像镜组件产生的影响最小,都小于17″,能够保证探测仪的成像质量。通过分析和实验证明该结构合理可行,并为后期相关仪器的支撑设计提供了参考。

空间多用途双面反射镜的设计与制备

空间多用途双面反射镜是某型星载高光谱成像仪的关键光学元件,其设计与制备是高光谱成像仪工程研制阶段必须解决的重要问题。介绍了一面为光学反射面、一面为漫反射面的双面反射镜构成方案;综合考虑了两种反射面特性要求选用了6061铝合金作为镜体材料;从径厚比、轻量化结构形式、安装界面等方面开展了反射镜的结构设计和有限元分析;在此基础上探索了合理的制备工艺并完成了研制工作;介绍了双面反射镜性能测试装置并给出了测试结果。测试结果表明,6061铝合金双面反射镜光学面面形均方根值达到0.023λ(λ=632.8 nm);正入射条件下漫反射面的归一化漫反射特性与标准漫反射板相当,能够满足工程研制需要。