大口径望远镜次镜系统的拓扑优化设计

针对地基大口径望远镜次镜系统加工精度和装调精度的要求,提出了基于拓扑优化的次镜系统结构设计方法。该方法利用变密度的拓扑优化思想,将次镜系统的Spider结构和Serrurier桁架的设计域限定为基结构,以期望方向的变形最小,通过材料的去留决定结构的最终形状和尺寸。首先,以相对密度为设计变量,Spider结构以1阶振型和重力方向变形为设计约束,桁架以X向和Y向变形为设计约束,建立各结构的拓扑优化模型;然后,以拓扑优化所得构型为基础,利用Workbench进行优化迭代;最后,设置优化参数,采用有限元法进行动静刚度分析和优化。结果显示4 m望远镜次镜系统的1阶谐振为22.7 Hz,光轴指向天顶和水平时重力方向偏移分别为-0.173 mm和-0.195 mm,并且Spider结构和Serrurier桁架的轻量化率超过30%。该结果验证了文中方法的有效性。

大型光学望远镜次镜调整机构综述

对于大型光学望远镜来说,主次镜之间的相对位姿有着非常严格的要求,由于主镜质量较大,因此常常将次镜系统设计为有多个自由度的可调整机构,其调整效果对望远镜成像有着重要的影响。随着望远镜的口径不断增大,应用场景的不断发展,次镜调整机构不止要保证高精度,还要有高负载,其设计也越来越具有挑战性。为了寻找大口径望远镜次镜调整机构的可行方案,针对大型光学望远镜的次镜调整机构的发展需求和不同的应用情况,对不同的次镜调整机构进行了整理,分类和对比,最后对各种次镜调整机构的优势与不足进行了总结,对大口径望远镜未来的发展进行了展望。

大口径望远镜次镜桁架调整机构设计

大口径望远镜主次镜之间的相对位姿有着非常严格的要求,由于主镜质量较大,因此常常将次镜系统设计为有多个自由度的可调整机构,其调整效果对望远镜成像有着重要的影响。为了降低望远镜的整体高度,对次镜桁架和次镜调整机构进行融合,设计了一种可用于大口径望远镜的次镜桁架调整机构。首先对所设计的调整机构进行了详细的介绍,之后对所设计的机构进行静力学和模态分析,然后对试验样机进行运动学性能测试。所设计的机构在Z方向的移动行程可达±5 mm,绝对定位精度优于16μm,在X/Y方向的偏转行程可达±0.574°,绝对定位精度优于6.4″。满足大口径望远镜对次镜调整精度和行程的要求。