空间遥感器反射镜组件结构设计方法

针对空间遥感器反射镜组件的结构复杂性和高性能需求,对空间遥感器反射镜组件的设计方法进行了研究。提出了一种经验设计、拓扑优化与尺寸参数优化相结合的设计方法,该方法可使设计结果快速收敛,获得最优化的设计结构。采用该方法完成了某空间遥感器反射镜组件的结构设计,通过有限元分析的手段得到了表征反射镜成像质量的RMS值,同时对整个反射镜组件进行了动力学分析计算,最后利用环境试验对有限元分析结果的正确性和设计的合理性进行了验证。结果表明:在重力载荷、温度载荷、镜面加工残差和装配误差的综合影响下,反射镜组件面形误差RMS值满足使用要求;整个结构有一个好的动态刚度和合理的模态分布,反射镜组件动态性能优良,满足使用要求。针对反射镜组件的设计,该设计方法是一种有效的、可靠的设计方法。

空间光学遥感器反射镜柔性支撑的设计

为降低光学遥感器反射镜在复杂且恶劣的空间环境下的面形误差,设计了一种柔性支撑结构,使反射镜在具有良好的热尺寸稳定性的同时结构刚度满足力学要求。针对某长圆形光学反射镜组件,通过设置柔性铰链的厚度、最薄处厚度和柔性铰链圆弧半径3个特征参数,对柔性铰链进行合理的结构设计。采用有限元法对反射镜组件在力热耦合状态下的面形精度和结构强度及结构的动态刚度进行仿真分析,结果表明,反射镜面形PV值由350.08nm降至59.03nm,RMS值由102.67nm降至9.11nm,柔性结构保证了反射镜的热尺寸稳定性,同时满足力学要求。最后,对反射镜组件的力热模拟件进行力学试验,得到的结果显示其3个方向的基频分别达到264Hz,290Hz和320Hz。这些结果表明,该柔性支撑结构设计方案是合理可行的。

响应面模型的大口径空间反射镜优化

对于采用多点支撑的大口径空间反射镜,反射镜支撑点位置的最优布局是提高反射镜面形精度的重要方面。在Isight优化平台上,应用响应面近似模型对某2 m空间反射镜进行了支撑点位置优化。首先,利用经典理论公式确定的支撑点位置进行了反射镜结构初步设计;其次,利用Isight软件过程集成和流程自动化功能,建立了包括反射镜有限元模型更新、计算、评价的优化平台;最后,采用响应面近似模型研究了反射镜的支撑点位置优化问题,建立了光轴方向重力工况下反射镜面形精度rms与支撑点位置的关系。结果表明,优化后反射镜面形精度rms值为7.3 nm,比初始rms值23 nm减小了68.3%,优化后结果满足项目指标要求。所提出的优化方法提高了反射镜设计的合理性和效率,为大口径反射镜结构优化提供了一种新的思路。

大口径反射光学系统的支撑结构设计

给出了卡氏系统(卡塞格林系统)的支撑结构设计。大口径反射镜的面形精度与支撑结构的合理与否紧密相关,文中给出了主反射镜的的支撑方案,经理论和有限元分析,此方案主反射镜的变形量最小。在装调过程中,次反射镜支撑结构能有效地调节主反射镜与次反射镜的位置关系。在工作过程中,卡式系统主反射镜与次反射镜的距离要求非常严格,采用了殷钢杆拉顶的方法保证其位置精度。

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%。

反射镜浮动支撑的应力与变形分析及支撑参数的优化

本文利用有限元分析对均匀压力浮动支撑的反射进行了应力、变形分析，利用优化方法计算了反射镜面变形的ＲＭＳ值，并给出了均匀压力浮动支撑的最佳接触角．

月基极紫外相机反射镜组件的设计

为了使月基极紫外相机反射镜组件在月球环境下具有良好的力学和热学稳定性,从而保证相机的成像质量,本文针对月基极紫外相机所处的严酷的力学和温度条件,设计了一种满足月球环境的反射镜组件结构.通过对反射镜组件有限元模型的重力分析、热载荷分析、动态刚度分析以及结构强度分析,结果表明反射镜组件的一阶谐振频率达到354Hz,在1g重力作用和ΔT=50℃均匀温变作用下镜面综合面形误差RMS值分别达到3.62nm和2.46nm,满足反射镜面形要求.最后,通过静力学面形检测、力学试验、温度适应性试验及成像分辨率测试,结果显示反射镜镜面面形精度RMS值优于14nm,反射镜组件的设计满足总体指标,验证了该方案的合理性.

小型反射镜周边支撑技术

从满足空间光学遥感器反射镜在复杂的工况下综合面形误差要求的角度出发,介绍了小型凸非球面反射镜材料及支撑方式的选择;根据反射镜的定位原理进行反射镜支撑结构的设计;采用CAD/CAE工程分析软件从支撑结构的材料及支撑方式进行分析和优化,设计一种有效的反射镜周边支撑结构,使反射镜面形误差变化量PV值小于λ/10,RMS值小于λ/50(λ=632.8 nm)。最后,测试反射镜在力学环境试验前后的面形变化,证明该结构满足设计要求。

小型反射镜中心支撑技术

所述空间遥感器反射镜的工作温度为18±15℃,要求反射镜在此复杂工况条件下满足设计要求。介绍了反射镜材料和支撑结构材料的选择;对反射镜的支撑方式、轻量化等方面进行了分析讨论;根据反射镜柔性支撑结构的设计原理,采用CAD/CAE工程软件进行了分析及优化,通过有限元法优化设计了一种反射镜中心支撑的柔性结构,在此温度变化范围内,反射镜面形误差变化量PV值小于λ/10、RMS值小于λ/40(λ=632.8 nm)。最后,通过力学环境实验测试反射镜面形变化量和反射镜组件模拟件的动态特性,证明该结构满足设计要求。

长条型非球面反射镜轻量化及支撑结构优化研究

针对轻型光学空间遥感器的长条型非球面反射镜 ,首先进行了轻量化研究 ,然后针对支撑结构的初步设计方案 ,采用有限元法进行了静力学分析和计算。以对镜面面型精度的影响为评价指标 ,进行了有效的多次迭代优化 。

航空相机反射镜支撑结构设计

为了降低航空相机反射镜在复杂且恶劣环境下的面形误差,通过选用合适的光学材料、合理的支撑方式,对系统反射镜支撑组件进行了静力学、动力学建模,优化了结构形式。采用光机热集成分析方法,指导、评价和优化相机光机系统设计过程,提高结构固有频率,增强相机热稳定性适应范围。相机结构设计基频大于200Hz,在±5℃均匀温变工况和重力作用下,相机反射镜面形PV值小于λ/10,RMS值小于λ/40,光学系统传递函数(MTF)达到0.44。结果表明,采用该方法设计的光机结构固有频率高,重力及热耦合变形、抗振性能等方面均能满足要求,系统具有良好的成像质量。

光学反射镜挠性支撑结构研究

针对某型空间遥感器反射镜的支撑结构,提出了单点挠性支撑方案,并进行了仿真研究。结果表明,该挠性支撑可以保证反射镜在静力学、热环境下镜面具有较高成像质量,并保持动态尺寸稳定性,较轻的结构特点适合在大视场空间遥感器中使用。

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。

基于有限元法的光学反射镜球铰支撑分析

采用非线性有限元分析方法,对某光学遥感器反射镜的球铰支撑结构进行了建模。将罚函数的摩擦形式引进到摩擦接触对中,得到了较精确的分析结果,并与全固定支撑方式下的结果进行比较,表明球铰支撑静态环境下的工作更稳定。

空间遥感器长条形反射镜背部支撑技术

从反射镜及其支撑结构的材料选择、反射镜的轻量化设计以及支撑结构设计三个方面对某空间遥感器长条形反射镜进行了详细的设计。反射镜采用底面开口、三角形加强筋的轻量化形式和背部6点柔性支撑结构。通过有限元分析确定了柔性支撑结构的参数。最后通过力学环境试验测试了反射镜组件模拟件的力学特性。结果表明,该结构满足设计要求。

空间反射镜支撑结构研究概述

随着我国遥感卫星和空间光学的发展,星载遥感器的分辨率越来越高,光学系统的主反射镜口径越来越大,其结构形式、镜体质量、支撑安装方式和温度环境都将直接影响整个系统的成像质量。本文探讨了空间反射镜支撑结构的设计,着重解决反射镜自重引起的变形问题、反射镜和支撑结构线膨胀系数不同引起的应力及变形问题, 保证反射镜的冷却和温度均匀性,保证光学系统的像质始终满足设计要求和使用要求。

500m口径主动球面望远镜反射面支撑结构分析

根据望远镜主动反射面的变形及运动要求，提出了反射面支撑结构体系设计方案，通过对承载能力及正常工作状态的详细设计计算，说明了该结构体系的受力、变形、构造及经济合理性，并分别给出了采用钢结构体 系及铝合金结构体系的力学性能、变形特点、耐久性及经济指标．

大射电望远镜反射面全球面张拉索网体系静力分析

根据大射电望远镜 (FAST)主动反射面的变形及运动要求 ,采用球面三角形网格划分方法 ,提出了反射面支承结构的全球面张拉索网格系设计方案 ,所用网格划分形式及利用直线索模拟球面圆弧线的方法能满足FAST工作精度的要求。利用非线性有限元理论 ,考虑几何非线性影响进行时变索网的成形和受力分析计算 ,对预应力成形状态、承载力状态及正常工作状态进行详细分析计算 ,优化确定了较为合适的反射面预应力张拉索网体系方案。

小口径离轴抛物面反射镜挠性支撑设计分析

关于反射镜支撑稳定性优化设计问题,离轴抛物面反射镜作为空间光学遥感器的重要光学元件,面形精度直接影响遥感器性能。针对反射镜所处环境,组件一阶频率要求高,设计了一种反射镜背部中心单点挠性支撑结构,并利用拓扑优化技术对反射镜进行了轻量化设计。为了结构设计的合理性,采用有限元技术对反射镜组件进行了模态分析、结构强度分析、谐响应分析及热环境分析。分析结果表明:反射镜在重力作用下最大面形误差RMS=1.16nm;在±10℃温度载荷作用下最大面形误差RMS=11.46nm;反射镜组件一阶频率为574.19Hz。使挠性支撑结构具有良好的静、动态特性和热尺寸稳定性,满足反射镜面形要求。

月基极紫外相机反射镜组件设计与分析

探月工程有效载荷之一的极紫外相机,可以对地球的整个离子层进行成像观测。该相机光学系统视场角14°,空间角分辨率小于0.1°。其中,超光滑反射镜是成像系统的关键部件,因此重点对反射镜及其支撑结构给出了较为详细的设计,主要考虑要满足探月工程特殊的温度、力学环境条件要求。有限元分析和环境试验结果表明,反射镜组件在-30℃～+50℃温度范围内面形精度(RMS)小于16nm,且具有足够的刚度与强度,满足力学振动条件要求。实验表明,成像分辨率满足任务要求。