大口径反射镜侧支撑结构力学分析

从理论上论述了在真空望远镜主反射镜的几种侧支撑结构,并运用有限元法对之分别进行了分析计算,得到使用了不同侧支撑结构的真空望远镜主镜在不同观测角度时的表面变形结果,通过比较变形结果,得到使用新配方粘接剂的粘接侧支撑机构支撑效果更好.在已确定使用Grubb十八点底支撑结构后,分析了使用粘接剂的侧支撑结构主反射镜变形与应力情况.通过有限元分析结果,得出变形结果符合整个光学系统的公差要求,同时证明了使用改性粘接剂的侧支撑系统可有效减少光学件表面变形量.     

大口径望远镜主镜支撑优化分析

大口径望远镜主镜的面形精度是影响望远镜成像质量的关键因素之一.光电系统中主镜轴向支撑点位置,对面形精度起着非常重要的作用,主镜支撑点位置合理与否,在一定程度上影响着光学系统的成像质量.本文对大口径望远镜主镜的轴向支撑和径向支撑技术进行了详细地研究,利用有限元软件ANSYS建立了主镜的参数化模型,对不同口径主镜的轴向支撑点数目和位置进行了优化,从而给出了最佳支撑点的位置.优化分析结果表明了,主镜的面形精度满足系统的精度要求,并且轴向支撑对镜面的面形影响较大.     

2 m SiC 反射镜拱形轻量化结构设计

针对口径为2 060 mm 的地基大口径望远镜主反射镜,选用SiC 材料和新型拱形轻量化结构进行了详细的轻量化参数设计,并对支撑环半径进行了优化.对于Whiffle tree 18 点支撑和27 点支撑形式,从静力学(重力作用)和热力学两方面对比分析了两种轻量化结构的镜面变形,结合SiC 反射镜的加工工艺,最终确定18 点支撑的轻量化结构为首选方案.同时,就SiC 反射镜对稳态温度差导致的热变形较敏感的问题,提出可通过设计与镜体热变形相匹配的支撑结构来满足镜面变形的要求.     

大尺寸望远镜主镜组件有限元分析

为定量分析大尺寸望远镜自身重力对主镜镜面变形造成的影响,采用有限元的手段以非线性分析方法的ABAQUS软件为研究工具对某大尺寸望远镜主镜组件进行了精确有限元分析.在分析过程中将罚函数的摩擦形式引入至主镜组件的摩擦接触中,分别对组件的球头接触、芯轴接触进行了建模,完成了对于组件Y向与Z向的各部分应变分析.分析表明该主镜组件因自身重力作用造成的面形变化非常小,RMS方面的Y向与Z向面形变形分别为16nm和13nm,而主镜绕X轴倾斜量在Y向和Z向分别为0.5″和0.02″,完全满足使用条件.该分析为该望远镜的后续研制提供了参考.     

拼接望远镜中分块主镜曲率半径的误差分析

本文根据几何光学原理,利用光线追迹方法建立的拼接望远镜光学系统的仿真模型,分析计算了拼接主镜中分块镜曲率半径误差对拼接望远镜光学系统的影响。当主镜为单镜面时候,其曲率半径误差引起的波像差可以通过调焦进行补偿;当主镜为分块镜拼接镜时,由于分块镜曲率半径误差的随机性,望远镜光学系统无法对波相差进行有效补偿,对分块镜的曲率半径要求很严格;当对拼接主镜进行共相后,相当于补偿掉单个分块镜中由曲率半径误差引起的平移和倾斜误差,望远镜像质有很大提高并降低了对分块镜曲率半径误差的要求。     

能动磨盘的结构优化设计

针对现有能动磨盘在工程加工应用中存在的问题,利用有限元法对不同结构的能动磨盘建立了静力学模型,并进行计算和分析.以加工Ф1800mm,F/1.5的大口径抛物面主镜为参照,分别对三种结构模型在不同基盘厚度时进行了变形仿真计算.通过分析能动磨盘的变形精度与对应的驱动器产生弯曲力大小的关系,优化设计出适用于Ф1800mm,F/1.5主镜加工的能动磨盘结构,并已投入应用.     

能动主镜的风载变形研究

风载引起的主镜变形是大口径望远镜必须考虑的问题.针对类似于Subaru望远镜的薄镜面能动光学系统,采用固定点力反馈控制方法对风载进行校正,本文引入了压强模式的概念,提取出风载产生的镜面变形的大部分信息,并据此对固定点力反馈控制方法进行了研究,得到如下结论:风载产生的镜面变形主要是平移、倾斜、像散和离焦等低阶像差;相同系...     

能动薄主镜受均匀冲击载荷的计算模拟

以６２４ｍｍ抛物面能动薄主镜为例建立了三维有限元模型，准确地计算出薄主镜的重量。对镜面受以下几种均匀冲击载荷时各单元、节点上的变形和应力分布情况进行了计算：加力驱动器均匀支撑分布，薄主镜水平放置和垂直放置，载荷加速度分别以ｇ，３ｇ，５ｇ，６ｇ，７ｇ，９ｇ和１０ｇ表示。最后对计算结果进行了分析     

大口径望远镜三镜结构设计及优化

第三反射镜(简称三镜)在大口径地基光电望远镜系统中作为关键部件之一,其面形精度直接影响着望远镜光学系统成像质量.为准确设计出符合工程实际的三镜结构,从三镜镜体几何尺寸、镜坯材料、轻量化孔结构形式、支撑方式等方面进行分析,并借助于有限元工程分析软件ANSYS,MSC.Patran/Nastran对三镜的支撑点位置、支撑孔壁厚度、镜面面板厚度、镜子外边框厚度、背部肋板厚度以及镜子外边缘倒角尺寸等镜体结构参数进行优化分析,得到了使镜面面形最优的镜体各结构参数.优化后三镜镜面变形RMS值为8.98 nm、PV值为38.03 nm,均满足光学设计要求.研究成果可为同类光机系统设计提供参考.     

引力波探测望远镜超低热变形桁架支撑结构设计技术

本文针对引力波探测望远镜超低热变形要求,提出了通过设计CFRP铺层改变材料热胀系数的方法,进而解决桁架支撑结构热变形问题。同时针对望远镜装调性能的要求,给出了结构的分段式设计方案。文章首先分析了CFRP的优势、现有的消热化的方式和国内外研究进展,确定了以CFRP为关键材料的三杆式望远镜的方案,并提出了设计指标。其次建立了“材料-热变形、桁架结构-热变形”数学模型,针对材料铺层和结构设计进行优化,给出了优化方案。然后将CFRP材料应用于支撑结构中,采用分段式主支撑结构设计方案,降低了结构加工装调的难度,最后对整体结构进行分析。分析结果表明：机械性能方面,结构基频和最大重力卸载变形满足主支撑结构的要求;热变形方面,基于CFRP铺层特定优化设计的结构方案热变形为普通铺层方案的27.15%、Invar材料支杆方案的6.42%、SiC支杆方案的11.50%和钛合金支杆方案的3.21%,即优化设计可显著降低结构热变形。     

空间相机主镜加工状态下的有限元分析

采用轻量化结构的空间相机主镜,因为镜体力学分布较传统的实心镜体复杂得多,因而轻型镜面的加工较之实心镜面复杂得多。镜子在加工中的支撑方式和受力状态是影响镜面加工精度的主要因素之一,没有严格准确的数学分析难以保证镜子的加工精度,本文用有限元法首次对正在加工中的空间相机主镜进行力学分析,根据变形规律设计了几种支撑方案,从中选定了主镜的最终支撑结构。镜面面形的加工精度实现PV值λ／10,MS值λ／62。满足使用要求。     

大口径光学遥感器主反射镜轻量化方案设计

合理的轻量化结构设计是降低大口径反射镜重量的实际而有效的方法,同时可以有效减少自重等对反射镜面形精度的影响。本文以口径为Φ1200mm主镜为研究对象,采用有限元分析作为研究手段,根据等刚度原则,结合实际工艺情况,设计了两种结构形式的主镜轻量化方案。根据有限元分析结果,确定基于反应烧结碳化硅(RB-SiC)工艺、背部半封闭结构、锥形后表面、采用扇形轻量化孔形式的结构方案为首选方案,并成功研制出了反射镜镜坯。     

大口径主反射镜支撑结构设计

大口径空间反射镜支撑技术是空间相机研制中的关键技术之一.从保证反射镜组件刚度、强度和热尺寸稳定性的角度出发,对某型卡塞格林系统中980 mm口径主反射镜支撑结构进行了设计.提出采用背部六点支撑,三点为主另外三点为辅的支撑方案,通过在支撑结构中设置柔性环节,从而解决了大口径主反射镜在自重作用下面形精度满足要求而在温变栽荷作用下面形精度严重超差的问题.利用有限元分析软件进行了主镜组件的静、动态刚度及热尺寸稳定性分析,并在分析的基础上对支撑结构中的柔性环节结构参数进行修正,在保证支撑刚度的同时降低了重力、装配应力和热应力对面形精度的影响.分析和试验结果表明,主镜在重力和4℃均匀温升载荷下面形精度达到PV<λ/10,RMS相似文献   

Model of image degradation due to wind buffeting on an extremely large telescope

A parametric model of wind buffeting on an extremely large telescope with a multipod secondary support is described. The model estimates wave-front errors that are due to wind buffeting on a segmented primary, wind-induced secondary figure and position errors, and primary-mirror deformations caused by wind forces on the secondary support. The approach is based on a Zernike expansion of pressure fluctuations, with simple models of stiffness, resonance, and control. The model shows that wind buffeting on a multipod attached to the primary mirror cell significantly degrades the image quality in a large telescope with a slow primary.     

提高大口径金属主镜面形精度的方法

分析了影响Ｒｉｔｃｈｅｙ－Ｃｈｒｅｉｔｉｅｎ光学系统中金属主反射镜面形精度因素，采用有限元法对立交易的加工过程及其安装进行了模拟，指出提高主镜的面形镜度，既要合理主镜材料的热处理工艺，也要对加工参数进行控制。良好的稳定化处理可以有效地消除材料内部的残余应力，保证主镜尺寸的稳定性。提高加工基准的精度，并采用组合加工镜面，可以大大提高主镜的面形精度，最后，给出了主镜的干涉仪检测结果。     

某空间遥感器调焦反射镜的设计与分析

调焦反射镜组件作为空间相机整体光机结构设计的组成单元,其结构设计的优劣直接关系到相机成像质量的好坏。该论文的研制背景基于某宽幅相机,调焦反射镜具有长宽3:1的狭长形轮廓,使得支撑结构设计难度较大。为保证调焦反射镜光学表面始终保持良好的成像性能,调焦反射镜柔性支撑结构必须具有良好的动、静态特性,并且具有较轻的质量,较高的比刚度和良好的加工、装调性。经分析计算,本文设计的柔性支撑结构使调焦反射镜在使用工况下面形达到1/50λ,一阶模态达到275Hz,满足性能指标要求。     

Hexapod control for an active secondary mirror: general concept and test results

Active control of the secondary mirror, mainly for correction of the decentering coma, is an essential tool for an active-optics telescope. The Italian Telescopio Nazionale Galileo is equipped with a secondary mirror supported by an hexapod mechanical structure, providing a positioning control with six degrees of freedom. The hexapod system has been built and tested to characterize its performance. The results show that the errors in the positioning of the secondary mirror lead to an aberration image well below the diffraction figure of the telescope.