大口径主镜的六杆硬点定位机构参数优化

为了保证4m口径碳化硅主镜的六杆硬点定位系统有足够高的固有频率,对六杆硬点定位机构的构型参数进行了优化设计。首先,推导了主镜六杆硬点定位系统的动力学方程和固有频率方程,建立了机构的构型参数、硬点的轴向刚度、主镜的质量和惯量与主镜系统的固有频率之间的函数关系;接着,通过有限元分析获得了用于4m碳化硅主镜定位的硬点的轴向刚度;然后,基于固有频率方程,以最大化4m碳化硅主镜系统的一阶固有频率为目标,使用遗传算法对六杆硬点定位机构的构型参数进行优化;最后,对最优构型下的4m碳化硅主镜系统进行了模态分析。硬点的轴向刚度为33.044 N/μm,优化后的4m碳化硅主镜系统的一阶固有频率达到30.83 Hz,相对初始值有较大提高。优化方法可以有效提高主镜六杆硬点定位系统的一阶固有频率。

经纬仪主镜轻量化新方法

为了优化2m口径经纬仅主镜概念轻量化结构，根据柔性极小化原则，采用了有限元拓扑分析方法。分析得出，不同材料镜面的优化轻量化结构，其重点保留位置比较接近，最外圈半径为889．5mm，最内侧圈半径为235mm，中间几个保留半径为720～730mm和610～620mm；从轻量化率看，非圆形孔结构平均为70％，圆形孔结构为50％以上；比较微晶玻璃镜面两种轻量化的优化结果，固有频率均为300Hz左右，相对于实体镜，定位作用反力降低很多。分析SiC镜面各种轻量化结构的镜面变形和固有频率得出：圆形孔非均匀分布和封闭六边形结构的镜面位移为（0．42～0．45）×10mm，圆形孔均匀分布和开放式六边形结构为（0．58～0．59）×10mm；圆形孔均匀分布结构的频率为1200Hz，圆形孔非均匀分布为1680Hz，六边形结构为1620～1670Hz左右。分析结果表明，镜面重力载荷分布是非线性的，镜背轻量化结构分布也是非均匀的，这有利于控制镜面变形和固有频率，可供轻量化设计参考。

球面主反射镜基体形状选择

分析指出重量和变形两项技术要求不能直接衡量主反射镜性能，采用有限元法计算了双拱、双凹、弯月和平背四种形状主反对镜的自振频率，并通过它来衡量主反射镜的动态刚度，以寻求重量轻、变形小的主反射镜基体形状。