大口径空间反射镜支撑变形误差分析方法研究

大型空间光学遥感器中的反射镜口径大、轻量化率高,导致其结构刚度较低,重力变形大。其在地面环境下检测得到的面形误差主要是镜面加工残差和支撑变形综合影响的结果,其中支撑变形会对面形检测结果产生较大影响。文章提出了一种结合有限元仿真的支撑变形误差分析方法,确定产生支撑变形的支撑力大小。首先通过旋转法将加工残差和支撑变形误差进行分离;然后在等梯度支撑力下进行有限元仿真分析,得到面形变化和支撑力变化的关系,并以反射镜实测面形作为衡量有限元仿真精度的依据;最后由偏差支撑力和面形变化的关系曲线,确定产生相应支撑变形误差的偏差支撑力大小,并结合某型号直径1 300mm的空间反射镜检测实例,验证了该方法的可行性。该分析方法可为大口径空间反射镜的重力卸载工装的设计与装调精度检测提供参考。

跟踪与装配误差对PTC截断因子的影响分析

研究并设计及实现了抛物槽式太阳能集热器(Parabolic Trough Concentrator,PTC)截断因子计算方法,建立集热器数学模型,分析太阳光线入射和反射路径,通过反射光线与吸热器中心线空间距离计算截断因子。分析支架太阳跟踪误差对截断因子的影响,当集热器在抛物线横截面的跟踪角度误差α小于0.975 3°时,截断因子均大于0.95;在纵向对称平面的跟踪误差β小于16°时,截断因子大于0.95。结果与Soltrace相比平均偏差小于0.007,证明算法正确性。分析聚光器、吸热器的支撑点装配误差对截断因子的影响,结果表明,当镜面支撑点误差标准差小于0.9 mm时,截断因子大于0.95;当吸热管直径为70 mm的吸热器支撑点误差标准差小于30mm时,截断因子大于0.95。即聚光器装配误差对截断因子的影响远大于吸热器装配误差的影响,聚光器装配误差的增加更易造成聚光效率的降低。

大口径硅基空间红外透镜的高精度加工与检测(特邀)

随着红外技术的不断发展,空间大口径红外光学元件的需求日益增长,其各项制造指标也逐渐接近可见光级光学元件的制造要求,由此对新型空间红外光学元件的加工和检测技术均提出了更高的挑战。针对大口径的高陡度超薄硅基红外透镜,提出了以超声铣磨-机器人研抛-离子束精抛为工艺链路的加工方案,改善了传统红外工艺路线存在的低效率、表面高频误差等问题。针对凸非球面轮廓检测中支撑引起的测试误差,在粗抛和精抛阶段分别采用了柔性缓冲支撑与三点强迫位移支撑方法,有效解决了大口径高陡度超薄透镜测试中的支撑变形问题。经过理论仿真与实验验证,证明该测试方法具有较好的一致性。通过改进的轮廓检测方法,实现了轮廓测试中支撑误差的准确分离,有效提升了加工的极限精度。最终大口径红外透镜凸非球面加工精度达RMSλ/50 (λ=632.8 nm),满足设计指标要求。