空间相机主反射镜结构拓扑优化设计

随着空间光学的发展.遥感器的口径越来越大,分辨率越来越高,这就导致遥感器的主反射镜口径和质量越来越大.主反射镜的设计是否合理,将直接影响遥感器的质量和成像质量.因此采用拓扑优化方法与有限元计算方法相结合,以NASTRAN为有限元解算器,以PATRAN为前处理器,在空间光学遥感器主反射镜外形、栽荷、环境工况确定的情况下,对其结构进行拓扑优化,得到最优结构形式.通过对优化前后结构进行有限元分析,结果表明:优化后的反射镜镜面面形比传统的镜面面形减小或相当,质量减轻32%,动力学性能改善.优化后的主反射镜结构能够满足加工、工艺和装配的技术要求.这种优化与有限元分析技术的结合将为以后的光学反射镜的设计提供有效的帮助.     

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。     

空间反射镜结构轻量化设计

随着空间光学遥感器分辨率的提高,反射式光学遥感器主镜口径不断增大,反射镜受微重力和温度的影响更加突出,对反射镜的结构进行轻量化设计已经成为空间大口径反射镜工程的关键技术。从反射镜结构轻量化的角度出发,对国内外空间光学遥感器反射镜的镜体结构和轻量化孔技术进行了系统的总结和评述,分析了轻型空间反射镜技术的现状和发展趋势,为反射镜的镜体轻量化设计提供了一定的参考依据和新思路。     

轻型空间遥感器光机系统研究

TMA空间光学系统可以同时实现大视场和轻型化,在目前空间光学遥感器中得到了广泛的应用。本文对焦距1m、视场8.5°的空间遥感器光机系统进行了研究,对遥感器具体结构进行了细致的探讨,利用有限元分析技术对空间遥感器整机结构进行了工程分析。结果表明,采用单点挠性支撑的各反射镜支撑系统、采用环氧/碳纤复合材料的桁架主支撑结构可以很好地保证反射镜在静力学、热环境下镜面具有较高的面形精度和位置精度,而其支撑自身在动力学环境中不会破坏。这种光学遥感器非常适合在重量要求较严格的大视场空间成像小卫星中使用。     

柔性支撑式空间反射镜胶接应力分析与消除

空间光学遥感器不断朝着更高轻量化率的方向发展,传统的装框支撑难以满足系统要求。基于运动学原理的Bipod柔性支撑结构具有良好的力热环境适应能力,在空间光学遥感器的反射镜支撑中得到越来越多的应用。为了有效卸载装配应力,Bipod柔性支撑结构一般通过光学胶与反射镜进行连接,但是光学胶在固化过程中不可避免地存在收缩应力。此外,环境温度的波动以及热真空试验也有可能导致胶接应力的变化,严重时会对反射镜面形造成不利影响。文中针对某Bipod柔性支撑式次镜组件,分析了胶缩对面形的影响,并针对真空放气试验后的面形下降问题,采用消应力与热浸泡相结合的方式有效解决了面形下降的问题,为该类光学胶的空间环境应用提供技术支撑。     

主反射镜组件柔性环节随机振动响应分析与试验

大口径主反射镜是空间光学遥感器的关键部件,其动态结构刚度与强度直接关系到光学系统的成像质量。在结构设计初期,为保证Ф750 mm口径主反射镜组件在动力学载荷作用下不发生破坏,对其进行了随机振动下的峰值应力分析与试验。首先,论述了空间光学遥感器经历的动力学环境条件,并阐述了随机振动响应的峰值等效原则;之后建立了主镜组件的有限元模型,进行了基于上述准则的动力学仿真分析;最后,对主镜组件力学模拟件进行了动力学环境试验与应变的动态采集分析。分析与试验结果表明:柔性环节在X向、Y向、Z向随机振动激励下响应的峰值应力分别为102.3MPa、99.5 MPa、104.3 MPa,与仿真结果最大相对误差为10.8%。试验结果验证了上述分析的准确性,说明主镜组件柔性环节设计可靠,安全系数为2.07,满足使用要求。     

铝基复合材料结构遥感器设计分析

空间遥感器光学反射镜的高刚度、支撑结构的合理性以及良好的热尺寸稳定性是保证其成像的关键因素。遥感器的重量对于运载平台也是至关重要的。针对这些问题,提出一种支撑杆的连接方式,能够减轻遥感器的重量。反射镜和背板采用高体份铝基复合材料,不仅保证高度、强度,而且因采用同一种材料从而避免了热环境对遥感器结构变形的影响。通过采用有限元仿真分析,在重力和10°温升情况下各反射镜的面形PV值〈55nm,满足〈1/10λ（λ=632.8nm）指标要求,整个结构的前三阶模态为115Hz,120Hz,203Hz。结果表明,采用支撑杆以及铝基复合材料的遥感器结构能够满足空间环境要求,为进一步工程应用提供了理论依据。     

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/30（=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。     

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。     

应用于光学遥感仪器的扫描机构设计

针对空间光学遥感仪器扫描机构的高精度、长寿命运转需求,首先分析设计了基于油脂润滑方式的运动部件润滑与密封方法,保证了机构的运转寿命与精度;然后使用有限元方法,对扫描机构各重要组件的结构进行了分析优化,得到了轻量化的反射镜结构与优化的支撑结构.分析结果表明,在实验温度(-30～70℃)范围内反射镜的面形精度RMS值优于13.2nm;润滑与密封设计可靠,5年内润滑剂泄漏量小于3.5 mg;扫描机构总质量4.94 kg,一阶固有频率116.2 Hz.扫描机构可以满足空间光学遥感仪器的设计要求.     

某空间反射镜支撑装调技术

为了降低反射镜支撑装调对反射镜面形精度的影响,文中针对某空间相机的反射镜组件,设计了一种带有柔性环节的反射镜支撑方式,制定了反射镜组件的装调方法及路线。通过计算给出了反射镜粘结胶层厚度、粘结区域、柔性铰链等参数,并对反射镜组件进行了重力和5 ℃温变共同作用下的有限元分析。最后,根据装调工艺对反射镜组件进行粘胶、固化处理,并通过反射镜组件力学试验和热真空试验对装调方法进行验证。试验结果表明:力学和热真空环境下反射镜粘胶没有破坏,该反射镜组件的面形精度优于1/50 。验证了反射镜支撑方案以及装调方法的有效性。     

空间反射镜柔性支撑设计与分析

反射镜支撑结构在空间力学和热环境下良好的稳定性是保证反射镜成像质量的关键。本文针对空间光学遥感器反射镜设计了一种反射镜支撑结构。由于刚性支撑结构不能满足热环境下的面形要求,进而设计了一种柔性支撑方案。通过有限元模型分析,表明该支撑结构力学以及热环境下均可以保证反射满足面形要求,验证了该方案的合理性。     

Analysis and characterization of multilayered reflector antennas:rain/snow accumulation and deployable membrane

There are important engineering issues in designing reflector antennas that cannot be addressed by simply assuming a perfect electric conductor (PEC) reflector surface. For example, coatings may exist on antenna surfaces for protection, rain or snow can accumulate on outdoor reflectors, and the deployable mesh or inflatable membrane antennas usually do not have solid PEC reflector surfaces. Physical optics (PO) analysis remains the most popular method of reflector analysis owing to its inherent simplicity, accuracy, and efficiency. The conventional PO analysis is performed under the assumption of perfectly conducting reflector surface. To generalize the PO analysis to arbitrary reflector surfaces, a modified PO analysis is presented. Under the assumptions of locally planar reflector surface and locally planewave characteristic of the waves incident upon the reflector surface, the reflection and transmission coefficients at every point of the reflector surface are determined by the transmission-line analogy to the multilayered surface structure. The modified PO currents, taking into account by the finite transmissions of the incident waves, are derived from the reflection and transmission coefficients. Applications on the analyses of the rain and snow accumulation effects on the direct-broadcast TV antennas and the effects of finite thickness and finite conductivity of the metal coating on a 15-m inflatable antenna are described and results are presented     

某碳纤维天线的结构设计及模态分析

从保证天线的强度、刚度以及反射面精度等几个方面,介绍了某碳纤维复合材料天线的结构设计,并用有限元分析软件ANSYS10.0对该雷达天线进行了模态分析,得到了该天线的固有频率,确保满足系统对该天线抗振性能的要求。     

MSC Patran/Nastran软件在7.5m天线结构的应用

采用MSC Patran和MSC Nastran软件对某大型天线进行了结构强度有限元分析。阐述了天线结构进行力学分析的必要性,并给出了应用MSC Patran和MSC Nastran软件对天线结构分析的一般步骤。最后得出了天线在不同姿态时的变形及应力数据,并经过实际电气指标的测试来进行验证,满足实际指标的使用要求,验证了MSC软件对天线结构分析结果的正确性。     

纵磁结构触头涡流的仿真分析

电弧熄灭后,真空触头间隙中的剩磁是由触头结构中各部分的涡流所产生的,其中主要是触头片中的涡流。本文利用有限元法对1/2匝和1/3匝纵磁结构触头在大开距下的涡流特性进行了仿真研究,对比分析了触头结构、开距以及触头片开槽方式等对涡流、纵向磁场滞后时间的影响。     

基于ANSYS的齿轮运动副的有限元结构分析

文章以渐开线形成的原理、赫兹公式和接触分析的有限元法为理论基础,利用PRO/E软件建立一对啮合的渐开线齿轮的精确模型,利用ANSYS的接触分析功能来实现机构的接触,对齿轮接触面上的接触应力进行分析,比较有限元法和传统赫兹公式分析齿轮接触应力的差异,最终提出齿轮结构改良的建议.     

天线反射面力学仿真结果的一种处理方法

分析了影响反射面精度的误差组合,针对其中关键的结构变形误差,提出了一种基于有限元分析的反射面变形数据采集计算方法。该方法利用EXCEL软件的数据分析功能,对有限元仿真软件的后处理功能进行了有益补充,最大限度地利用了软件双方各自的优点,提高了数据处理效率。通过对软件使用环节中难点问题的详尽剖析,并结合具体工程案例的讲解,展示了本方法良好的应用前景。