30m望远镜宽视场光谱仪支撑结构选型研究

针对30 m望远镜宽视场光谱承载能力与轻量化程度低的问题,对于已有的桁架支撑结构方案,提出了宽视场光谱仪板壳支撑结构方案。建立了两者的有限元模型,分别从质量、变形、应力与基频等方面对铟钢桁架和铟钢板壳结构性能进行了评价,利用等刚度理论确定了碳纤维复合材料板壳结构的构件厚度,并与铟钢板壳结构的性能进行了对比。研究结果表明:碳纤维复合材料板壳支撑主结构质量为1.93 t,最大相对位移为0.286 mm,最大应力为30.94 MPa,基频为7.98 Hz,均满足设计要求,是宽视场光谱仪支撑结构的理想形式,对大口径望远镜光学仪器支撑结构选型与设计具有指导意义。     

CCD技术在测控天线标校望远镜中的应用

通过对传统标校望远镜的原理和结构分析,阐述了传统标校望远镜的缺点和不足之处.创新的提出运用电荷耦合元件(CCD)和自动调焦技术在测控天线标校望远镜中的应用,进一步对CCD和自动调焦技术进行分析论证;改造完成后,反复进行试验验证其可行性.最后,对改造后的新式望远镜与传统标校望远镜坞内标定方法和数据进行比较分析.试验分析表明,改进后的新式标校望远镜具有标定精度高、操作便捷的特点,实现了远程控制望远镜的高精度调焦控制功能.     

第二台南极巡天望远镜镜筒的结构设计及模态分析

镜筒是望远镜的基本组成部分,为了能够更好的满足望远镜成像质量的要求,需要对望远镜的镜筒机械结构进行研究。南极巡天望远镜由于其特殊的地理位置及气候、温度条件限制,与普通的望远镜在镜筒上有不同的要求。首先介绍了第二台南极巡天望远镜的光学设计参数及方案,并根据南极的特殊性设计了镜筒的机械结构。其次,通过有限元的分析方法,对望远镜镜筒的等弯沉量、主镜的面形变化进行了分析和计算,使其在工作状态时能满足光学设计的要求,第三,通过模态分析,分析了镜筒的刚度,使其满足电控系统的控制要求,最后通过锤击实验对镜筒的自振频率做了检验检测。经过实验分析,第二台南极巡天望远镜的镜筒能够满足光学的设计要求。     

大型望远镜测角系统误差的修正

由于大型望远镜转台轴系对测角精度要求较高,本文研究了测角数据系统的误差修正技术。分析了测角数据误差产生的原因,对测角元件误差、安装误差、被测轴系误差进行了讨论,指出轴系测角分系统的误差规律符合谐波方程,故提出采用谐波方程式来表达误差规律。针对工程应用,建立了基于傅里叶级数的简化谐波方程误差公式,用谐波方程算法和多项式拟合算法对系统误差进行修正。在一个望远镜垂直轴转台进行了试验验证,结果显示测角精度峰值由原来的3.81″提高到了1.06″。实验表明,基于傅里叶级数的修正算法,较好地符合误差分布规律;采用系统误差修正技术,可以对系统综合误差统一修正,能够有效提高系统测角精度。     

大型望远镜主镜位姿解算与监测系统设计

准确解算与监控大望远镜主镜位姿是实现主镜位置控制,提高大望远镜成像质量的前提。根据大望远镜的主镜控制的需要,研制了大望远镜主镜位姿解算与监测系统。利用主镜底部安装的3个直线位移传感器,由主镜移动的几何位置关系实现轴向自由度Z,旋转自由度Rx、Ry的解算,利用主镜侧向安装的3个位移传感器,考虑了主镜材料温度变化,实现了轴向位移X、Y,镜温度导致的半径变化r的解算。利用虚拟仪器技术实现了对传感器数据的采集分析及实时监控,仿真出主镜位移变化的三维运动。在重复精度为平移误差小于1μm,角度偏转误差小于1 arcsec的Stewart平台上安装虚拟镜,安装底部和侧向传感器,解算与监测虚拟镜的各自由度位移并进行测试。结果表明:在位移X、Y、Z整个量程-2.2~2.2 mm内,解算与基准位移差在10μm以内。在旋转位移Rx、Ry整个量程-1 500~1 500 arcsec范围内,解算与基准位移差在15 arcsec内,满足大型望远镜解算位移及控制要求。     

地基望远镜风载数值分析

风载是影响地基望远镜性能的主要因素之一,为了研究风载荷的作用以及对望远镜性能的影响程度,首先建立了望远镜、圆顶和流场的几何模型。然后利用CFD(Computational Fluid Dynamics)分析了在外界风速为10 m/s 的情况下,3 种不同高角(30、60、120)流场中截面空气速度、压力、湍流动能以及主镜面的静压力的瞬态分布,最后通过有限元方法获得了主镜去除刚体位移后的面形。仿真结果表明,望远镜以不同高角观测时主镜面静压力功率谱密度与Gemini 望远镜的实测结果接近,真实模拟了风载荷的作用。由风载引起的镜面变形RMS 值分别为3.74E-1 nm,2.5E-2 nm,1.71E-1 nm,满足面形精度要求。     

基于拓扑优化的4 m 望远镜底座结构设计

为满足4 m望远镜底座结构高刚度和轻量化的需求,研究了考虑结构变形和模态约束下的拓扑优化问题。首先,基于连续体结构拓扑优化的思想,以单元虚拟密度为设计变量,以位移变形和一阶频率及质量为优化约束,应变能最小为优化目标,建立了底座设计的拓扑优化数学模型,并详细推导目标函数及约束条件的灵敏度;然后,对底座结构应用拓扑优化设计,并以所得的理想概念构型为基础,进行底座结构的详细设计;最后,采用有限元法对优化模型进行静刚度和动刚度的分析与校核。设计结果表明,底座质量从27.66 t减至22.15 t;最大变形量由0.0377 mm减小为0.014 mm;一阶频率从217.1 Hz提高至247.45 Hz;在减小质量的同时,有效提高了底座结构的静刚度和动刚度,验证了拓扑优化方法的有效性。该方法将对4 m望远镜跟踪架的其他部件设计提供帮助。     

英国军用望远镜过眼录

作为中国探险协会的"资深"理事,我对外国探险家旅行、侦察中不可或缺的望远镜兴趣浓厚。特别是1904~1905年间携新婚妻子来中国"探险"的英国伯爵德·莱斯顿,曾行经宁夏中卫停留15天,进行地理与气象观察。令我感兴趣的是,这位英国伯爵还用望远镜确定了位于宁夏中卫西边很远地方的一些雪峰的高度。他用的是什么望远镜?当时称为"3号"英国保罗型棱镜罗斯望远镜还未诞生。     

蔡司系列报道之二：168年,我们一直在路上

他不是爱迪生,也不是爱因斯坦,因为他不是跨界的发明家,也不是理论的集大成者,他只是一个专注于光学领域,用伟大智慧发现美好视界的人——他就是卡尔·蔡司先生。1846年11月17日,一个名叫卡尔·蔡司的青年人在德国耶拿Neugasse街7号开办了以自己名字命名的光学工坊,主要生产显微镜、眼镜、望远镜等光学产品,而这间工坊就是蔡司集团的前身。     

捆绑式望远镜中间块对镜筒指向误差的影响分析

运用SolidWorks软件的静态分析模块,将捆绑式望远镜中间块的动态分析转化为0°~90°范围内,均匀分布的18个位置的静态分析。中间块每转动5°,对其上基面的镜筒连接圈的位移变化进行数据采集一次,计算出各镜筒之间的夹角变化值并进行对比,最终得到镜筒之间的最大指向误差。此方法为解决同类问题提供了参考价值。