大口径反射镜Bipod支撑结构的装调与检测方法

随着我国遥感卫星对地观测分辨率的不断提升,空间遥感相机的有效口径逐步增大,为有效应对相机在地表装调时的重力误差干扰,大口径遥感相机的装调方式逐步从光轴水平形式转变为光轴竖直形式,与之对应的,相机主反射镜支撑结构与装配需求也在不断革新。为满足反射镜支撑与减重需求,在1 m及以上口径的反射镜支撑形式中,Bipod结构是较为常见的一种结构形式,不同于传统的框式支撑形式,它在光机结构粘接与结构位置标定需求上都有了巨大变革。为保证Bipod支撑结构下反射镜的装配定位精度和面形变化满足系统指标要求,提出了一种结合多目标空间位置转换和Stewart结构运动反演的大口径反射镜组件装调方法,该方法可在有效保证光机结构粘接点精度的同时,仅依靠反射镜自身支撑结构,实现反射镜与主承力板之间的高精度六维调节,系统装调误差可控制在0.04 mm左右。在遥感相机的实际装调过程中,通过分析主反射镜在系统中的装调误差区间,并以此为标准制定了反射镜Bipod结构的定位、粘接、调整和检测方案,实践结果表明该方法可有效控制反射镜的装配定位精度和面形误差,装调结果能够满足大口径遥感相机的系统成像需求。

Bipod柔性结构在小型反射镜支撑中的应用

设计了一种由3组Bipod组成的柔性支撑结构,用于提高在实际工作条件下小型反射镜的面形精度。首先,利用伴随变换建立了Bipod及由其组成的支撑结构的柔度矩阵;利用MATLAB优化Bipod的结构参数,以满足径向刚度最小时轴向刚度最大的要求。然后,对优化后的支撑结构施加力和热载荷进行了仿真验证。最后,利用zygo干涉仪验证该支撑结构的热稳定性。结果表明,Bipod柔性支撑结构在保证反射镜良好热稳定性的同时,可以有效降低外界动态载荷对反射镜的影响;不仅具有良好的动态特性,且能在力热耦合载荷下保持较好的面形。分析显示其1阶固有频率达到1 781.7Hz,与理论计算相比,相对误差约为1%。

基于Bipod结构的星敏感器遮光罩安装结构优化设计

星敏感器是航天器中常用的姿态确定仪器,其测量精度较高,且受外界环境因素、尤其是温度因素影响显著.星敏感器的热稳定性对其精度有着重要的影响,为改善星敏感器的热稳定性,提出一种基于Bipod结构的星敏感器遮光罩安装结构优化设计.通过仿真分析,此设计极大的改善了星敏感器结构的热稳定性,提高了星敏感器在轨工作时光轴指向精度的稳定性,且星敏感器的强度与刚度条件均能满足安全设计要求.

Bipod反射镜支撑结构的柔度计算及分析

为了改善反射镜在环境温度波动情况下的面形精度下降问题,设计了一种联杆型双轴Bipod柔性支撑结构,并基于柔度理论对它进行了参量优化。首先,对支撑结构的柔度进行了分析和计算,推导出柔性支腿以及反射镜组件的柔度理论公式。然后,以保证反射镜轴向支撑刚度和卸载能力为目的,计算得到一组针对口径为200mm反射镜的柔性支撑结构尺寸参数。最后,通过有限元分析和振动试验,对支撑结构的柔度公式、动态特性、温度适应性进行了分析验证。分析结果显示,在一定作用力下,柔性支腿的理论值与有限元分析值的误差在10%以内;振动试验得到组件的一阶频率为358.5Hz,与理论计算值的相对误差为8.8%;在20℃温差下,反射镜面形精度为7.7nm(rms)。试验结果验证了理论模型的有效性,同时说明Bipod柔性支撑结构能够降低温度波动对反射镜面形的影响。

Syntheses,Crystal Structures and Properties of Two New Compounds from a Flexible Bipodal Acid with Additional Amide Groups

Two novel compounds {[Cu（IBG）（4,4-bipy）（H2O）2]2·11H2O}n（1） and {[Co（IBG）-（μ-H2O）（H2O）2]·2H2O}n（2） based on isophthaloylbisglycine（H2IBG） have been synthesized and structurally characterized by thermogravimetric analysis, elemental analysis and single-crystal X-ray diffraction. Compound 1 shows a 1D chain sine/cosine chain structure, and compound 2 can be characterized as a 4-connected sql tetragonal planar network with the point symbol of {44·62}. Compound 2 has been characterized by magnetic measurements. In addition, 1 and 2 display an interesting reversible crystal-to-amorphous transformation.

空间反射镜组件Bipod柔性元件卸载能力分析

由于准静定特性以及对温度和制造装配误差的良好卸载能力,Bipod类型的柔性元件在空间遥感器特别是空间反射镜支撑结构上发挥着重要作用。主反射镜的性能在光机系统设计中占据着重要地位。文章在前期工作基础上对Bipod的分类方法进行了改进,引入相对刚度比和相对位移比的概念来描述反射镜Bipod柔性元件的卸载能力,并通过实例分析证明,随着相对刚度比的降低,Bipod柔性元件的卸载能力得到进一步增强,反射镜的面形精度也得到显著改善。相对刚度比参数的引入为设计者选择合适的柔性元件提供了参考。

空间引力波望远镜主镜组件结构设计及热稳定性分析

针对空间引力波探测对望远镜系统提出的皮米级稳定性和λ/30波前误差的应用需求,提出了一种光机集成分析与优化方法。首先开展了主镜侧支撑点位置分析和支撑结构拓扑优化;然后基于并联Bipod连杆支撑的柔度矩阵,建立了各结构参数的评价函数,并通过Matlab分析初步确定柔性支撑尺寸参数取值范围;最后,搭建了光机集成仿真平台对结构进一步优化。结果表明,系统一阶频率为392.43 Hz,重力和温度载荷下主镜面形变化优于λ/60;在10μK/Hz^(1/2)的空间热扰动下,主镜组件尺寸稳定性在10 pm/Hz^(1/2)水平。

大型空间相机主承力板检测结构设计及误差分析

主承力板作为空间相机的核心承力部件,需要具备极高的尺寸精度和结构稳定性,常规的检测方法和装夹方式无法满足产品使用要求。根据某大口径相机主承力板的结构形式和指标要求,结合现有测量设备的容纳能力,选择了卧式放置的方式进行关键部位的平面度检测;引入准运动学支撑概念,主承力板使用3个逆Bipod支撑以避免装夹变形及装配变形,设计并制造了专用检测结构;以主承力板基准面PV值为评价指标,使用ABAQUS有限元软件和Matlab软件进行仿真计算,确定检测时的卸载力位置和大小。实验结果表明,使用检测结构得出的基准面平面度检测误差小于2μm,提升了三坐标设备的检测能力,有广泛的应用前景。

某空间遥感器主镜支撑方案设计与分析

从满足某空间光学遥感器主镜在复杂的工况下综合面形误差要求的角度出发，介绍了长圆形主镜及其支撑结构材料的选择。讨论了主镜的优化设计及其支撑结构的设计方法，并运用CAD／CAE工程分析软件对其进行了分析及优化，应用有限元法优化出了一种合理的主镜柔性支撑结构。

大型矩形反射镜支撑结构设计

大口径大温差环境下的长条形反射镜沿用传统支撑方案难以满足高结构刚度和高热稳定性,而由于其结构的不对称性,一些广泛用于圆形主反射镜中的支撑方式又难以展开,针对该问题本文提出了一种球铰bipod热稳定结构有效提高了反射镜在自重和热载荷作用下的面形精度。文中对该结构的模态进行了理论分析并得出了解析解,对支撑结构的优化布置以提高组件的刚度起到有效的预测与指导作用。通过结构参数与支撑结构布置的优化,很好的满足了该长条形反射镜组件的高刚度、高热稳定性要求。

大口径光学组件重力翻转测试方法验证及应用

空间光学遥感器的光学组件在地面检测时,最终检测结果受重力变形、结构变形、装配应力、加工残差等多重因素影响。考虑到重力影响在轨后会自动消失,因此在地面装调过程中,需要将重力变形误差与结构变形和装配应力的影响严格区分,有效提高装配精度,降低装配难度。针对采用Bipod光机结构设计的光学组件,利用其力学边界条件简单的特点,通过有限元分析可以获得较为准确的分析结果,重力影响的光学面形误差可以通过翻转测试的数据叠加有效去除。文章将光学组件分别在光轴竖直向上和光轴竖直向下的条件下进行测试,通过将两次测试结果图像叠加,有效去除重力变形影响,实现了和装配应力的有效分离。

Φ1.3m望远镜的装调

针对Ф1.3m口径同轴四反望远镜镜头,提出了一种有效的装调方法。主镜口径为1.3m,采用背部双脚架(bipod)支撑形式。使用激光跟踪仪多边测量法对支撑结构精密定位,利用Stewart机构位置反解方法进行主镜位姿的调整;通过变换反射镜组件方位进行面形测量,提取重力作用造成的反射镜面形误差;利用Offner零位补偿检测光路进行基于干涉测量的反射镜定心,实现反射镜光学基准与镜头基准的传递;进行镜头的光轴竖直装调,采用测试镜头像高和在线标定标准镜面形的技术手段来提高装调精度与收敛速度。镜头的中心视场波前和边缘视场波前rms分别为0.053λ(λ=0.6328μm)和0.077λ。

几种螺旋面钻尖刃磨机床的研制

介绍了几种自行研制开发的螺旋面钻尖刃磨机床。这些刃磨机结构简单 ,成本低 ,操作容易。在这些刃磨机上所刃磨出的螺旋面钻尖与普通钻头钻尖相比可实现自动定心功能 ,且钻削轴向力小。

空间相机主支撑结构设计与分析

针对某离轴三反空间相机研制任务,基于铝基复合材料———硼铝合金(TiB2/Al),采用了适合中、小型空间相机的薄壁框架式主结构形式,进行了相机主支撑结构设计。通过对整机进行有限元建模,以及固有模态、静力学、动力学、光机热集成分析,优化了相机结构设计,使得相机整机基频>85Hz,在±10℃均匀温度变化和1g重力耦合作用下,光学元件的面形精度仍符合光学设计要求。最终工程分析结果表明:相机的薄壁框架式主结构设计是合理的,整机结构一阶频率高,抗重力变形能力、抗振性能及抗热变形能力均能满足相机总体设计指标要求,与卫星平台的双脚架柔节机械接口能够有效抑制卫星平台的结构变形对相机主结构的扭曲作用。

桁架接头对遥感相机桁架的影响

桁架结构在大中型遥感相机中已被广泛应用。理想的桁架接头为铰接接头,但在实际工程应用中人们却经常采用刚性连接接头。为比较采用两种接头的桁架的整体刚度及支杆材料利用率,首先对桁架中常用的两脚架结构进行了分析。然后,以锯齿形四角架桁架为例,从理论上计算出了两种不同接头的桁架的基频及受前框自重时支杆的最大应力。结果表明,两种接头的桁架的整体刚度几乎一样,但采用铰接接头的桁架比采用刚性连接接头的桁架材料利用率高,支杆可节省重量约21.87%。最后,用Nastran软件进行了有限元分析。结果证明,该理论计算结果是正确的,两种计算结果的差别小于1.12%。

遥感仪器光学系统用非球面反射镜的支撑结构设计

目前空间遥感仪器的非球面反射镜一般都是用支撑柔性结构加背板的支撑结构支撑的。由于支撑结构的质量占有较大比重,需要简化支撑结构的形式,降低支撑结构的质量。依据三点定位原理和双脚架挠性结构,设计了3个用于简化反射镜支撑结构形式的柔性铰链结构,并采用有限元软件对设计结果进行了分析。结果表明,这种支撑结构形式可以适应空间力热环境并能达到精度要求,实现了对大口径非球面反射镜的支撑。该支撑结构去除了传统结构中的反射镜背板,简化了支撑结构的形式,减小了支撑结构的质量,降低了组件加工和装配工艺的难度。

窄浅航道卸运大件工艺的应用与研究

大件设备运输是一个系统工程,一旦运输方案确定后,水陆转运工艺是整个系统中的关键,因地制宜,采用灵活多变的卸船方案可以节省大量的资金和时间。以邹县电厂三期和四期工程大件运输为例,对窄浅航道如何实现水陆转运的工艺方案加以分析。

切向双脚架-运动学支撑结构的柔度研究

为了实现高精度的运动学支撑结构的设计,研究了切向双脚架-运动学支撑结构的柔度。介绍了切向双脚架-运动学支撑结构的设计原理。根据单边直圆柔性铰链的柔度公式,推导了双脚架在X、Y和Z轴方向的等效柔度Cx、Cy和Cz的解析式。采用有限元分析和试验验证的方法,对双脚架的柔度解析式进行了分析验证。结果表明:解析式结果与有限元结果、试验结果基本一致,且误差均小于9.8%。研究了单边直圆柔性铰链的柔槽深度R和最小厚度t对双脚架柔度Cx、Cy和Cz的影响,得到了双脚架的等效柔度均与柔槽深度R成正比,与最小厚度t成反比的结论。为空间相机上的科学仪器的切向双脚架-运动学支撑结构的设计提供理论参考。

空间反射镜背部双脚架柔性支撑结构设计

为了满足空间反射镜温度适应性好、结构紧凑的要求,采用有限元分析方法,以超低膨胀系数玻璃空间反射镜(355mm)为支撑对象,设计了一种背部双脚架柔性支撑结构。首先研究了双脚架支撑的基本设计原则,从自由度角度分析了双脚架支撑结构相对背部3点支撑结构的优势。然后针对支撑结构尺寸参量、柔性铰链结构尺寸参量对面型精度的影响进行了仿真分析和优化设计,提出支撑脚延长线交点位置应作为背部双脚架支撑的关键设计参量,与粘接位置分别设计。结果表明,优化设计后的背部双脚架柔性支撑结构温度适应性好,能够有效卸载温度变化引入的附加载荷,同时具有较好的支撑效果和动态刚度;反射镜支撑后面形精度均方根值为3.68nm,组件的1阶频率达到123.41Hz,满足设计要求。该研究对未来背部双脚架支撑结构设计具有借鉴意义。

某轻机枪两脚架设计与可靠性分析

两脚架是轻机枪的重要部件之一,是影响轻机枪射击稳定性的重要因素,设计一副轻便、展开迅速、火线高度可调且可靠性高的两脚架已成为轻机枪研发过程中必不可少的环节。确定了两脚架的结构方案,计算关键参数并利用Pro/E对两脚架进行三维实体建模。利用ANSYS Workbench对3种不同高度的两脚架进行静力学分析,对部署在不同材质地面上两脚架进行模态分析,校核两脚架的强度和刚度。根据有限元分析计算所得的应力云图和位移云图,分析两脚架受力状况与战场环境适应能力,检验两脚架的可靠性。