基于Zernike系数优化模型的光学反射镜支撑结构拓扑优化设计方法

使用Zernike多项式表征镜面的变形,应用伴随变量法推导Zernike系数对拓扑优化设计变量的敏度,克服了差分法求解敏度时计算量大的问题,实现了基于Zernike系数直接建构具有成千上万设计变量的优化模型的目标函数以及设计约束.同时,在有限元数值离散的理论框架下,采用有限单元基函数以及单元数值积分的程序实现了结构变形以及Zernike系数的求解,简化了计算流程的同时还能保证计算精度.本文算法可以对目标函数或约束为线性组合的Zernike系数的一般结构拓扑优化模型进行优化,具有一定的泛用性.

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。