空间相机主镜展开机构设计方案分析

简述了近年来各种空间相机主镜分块方式与主镜展开机构的概念设计方案,对两个典型设计实例中展开机构的设计进行了分析对比,重点探讨了空间相机可展开系统设计中机械结构设计部分的一些方法与特点,对当前可展开机构设计的研究现状进行了总结,并给出了4m口径可展开光学系统主镜的设计要点与部分技术手段。     

空间大口径光学望远镜可展开主镜动力学建模研究

采用混合坐标法建立了某空间光学望远镜可展开主镜的动力学模型。在建模过程中采用固定界面子结构模态综合法,用主镜中各分瓣子镜的弹性正则模态和静力校正模态组成的模态集来表示结构变形,仿真分析了镜片柔性对系统动力学特性的影响。仿真结果表明,实际工程应用中镜片柔性对系统的影响不可忽略。     

Golay3望远镜系统的设计

提出用Golay3稀疏孔径取代望远镜两镜系统中的主镜,以在保证望远镜角分辨率的同时减少系统的质量和体积.首先利用三级像差理论设计了一套两镜系统,其中主镜是球面镜,次镜是双曲面镜.用Golay3稀疏孔径代替主镜,分析了填充因子与子镜半径的关系.然后,通过Zemax程序对系统进行模拟,分析了系统的调制传递函数特性及点列图....     

大口径空间组装式望远镜主动支撑促动器设计与研究

在轨组装空间望远镜是将望远镜进行模块化,模块通过一次或多次发射送入预定轨道,并在轨道上完成整机组装、调试,能够彻底突破运载工具和单体大口径镜体制造能力的制约,是未来空间光学领域的必然发展方向.在轨组装空间望远镜的重点、难点在于大口径主镜的组装、调试.主镜由多个子镜模块阵列而成,入轨组装完成后通过具备大行程、高精度、抗振...     

大型空间望远镜次镜调整机构精度分析与测试

为满足大口径离轴三反空间望远镜在轨成像质量需求,设计了一种基于6-PSS并联机构的次镜调整机构,并针对其精度进行了分析与实测。首先,分析了次镜调整机构的组成和光学系统对它的精度需求。随后,以逆运动学分析为基础建立了次镜调整机构的误差模型,并对结构参数、动平台位置、动平台姿态对整机精度的影响进行了理论分析,根据分析结果结合实际空间包络及重量等约束确定结构参数,并采用Monte Carlo模型分析了该结构参数下的次镜调整机构的随机误差和系统误差。最后,搭建了精度测试系统,对次镜六维调整机构的主要技术指标进行了实测。测试结果显示,次镜六维调整机构的位移分辨率优于0.1μm,角度分辨率优于0.5″,双向重复定位精度达到亚微米/亚角秒量级(±0.4μm/±0.3″),其绝对定位精度可以达到微米/角秒量级,满足大型空间望远镜在轨成像要求。     

空间相机重复展收机构薄膜防护罩设计及分析

空间光学相机是高精度系统,其主镜由重复伸展机构支撑到位并实现系统成像.为了提高空间光学相机可重复展收机构的精度,基于Miura折纸原理提出薄膜防护罩折叠方法并进行了参数分析.采用NX/SST仿真软件分析了伸展机构有无防护罩包覆的温度场,研究了主镜安装面在不同温度梯度下的变形规律,利用伸展机构防护罩样机进行了伸展机构可重复展收实验.结果表明本文设计的可重复折展薄膜防护罩的展开角θA=120°时,结构已完成接近85％的展开,此时模型形状依然规整,验证了防护罩的随动重复展收功能.通过热分析发现,有防护罩时伸展机构最高温度为12℃,最低温度为3.5℃,与无防护罩相比,最高温度降低了22℃,最低温度提高了51.5℃,防护罩有效降低了伸展机构的温度梯度.实验结果表明,伸展机构在进行了10次重复展开试验后,在X方向重复精度平均值的绝对值为0.00216 mm,Y方向为0.00596 mm,Z方向为0.00348 mm.本文设计的伸展机构具有较高的重复展收精度,基于折纸原理设计的薄膜防护罩具有良好的可重复展收、遮光和热控效果,可以有效保证光学相机在空间环境的应用.     

采用偏置铰链的并联调整机构工作空间分析

研究一种基于Gough-Stewart构型的望远镜次镜调整机构的工作空间。首先,对次镜调整机构的支腿及新型铰链进行了结构设计,然后再将支腿和铰链按照Gough-Stewart构型进行摆放并进行了运动学分析;接着,对设计所采用的新型偏置铰链进行了工作空间的分析,通过新型偏置铰链与传统虎克铰链的工作空间对比可知,当给予两铰链轴一定的偏置量时,可以达到更大的工作空间;最后,利用数值搜索法结合运动学反解法对整机的位置工作空间以及姿态工作空间进行了分析。     

郭守敬望远镜主镜装卸机械手的液压系统设计与研究

郭守敬望远镜(LAMOST)是我国自主独立研制的一台中星仪式反射施密特望远镜,是目前国内口径最大的光学望远镜,其面朝下的反射式主镜由37块六角形子镜拼接而成。为装卸这些子镜专门设计了大型的自动机械装卸装置,该装置一共具有11个自由度,通过多级调整子镜单元在空中的位置和姿态,实现子镜单元的装卸。其液压系统通过一台随车起重机进行改造,通过改造液压管路和阀门,采用电液比例阀控制系统流量和流速,增加自动控制系统进行反馈控制,实现大跨度、高精度的自动定位,在望远镜的维护中发挥了重要的作用。     

空间可展开望远镜结构动力优化设计

介绍了某口径为4m的空间可展开望远镜的结构形式,建立了其有限元参数化模型。以系统结构总质量最小为目标函数,以部分待定的结构尺寸为设计变量,以可展开望远镜在收拢和展开两种状态下的动力性能要求为约束函数,建立了空间可展开望远镜的动力优化数学模型。利用遗传算法对该模型进行了优化计算,取得了比较满意的结果,为可展开望远镜的结构设计提供了一组较好的理论参考值。     

基于液压支撑的大口径主镜稳像技术

望远镜的俯仰运动会使主镜相对镜室的位置发生改变,进而影响望远镜的稳定成像。为了校正主镜位置变化,本文提出了利用液压支撑对主镜相对镜室位置进行实时控制,实现对主镜稳像的方法。利用实验室现有的1.23mSiC主镜为监测目标搭建了测试系统,设计了基于6个位移传感器的位置监测系统。在未启用和启用液压稳像技术两种状态下,测试了主镜位置变化,并对主镜位置进行解算,试验结果表明液压支撑技术有确实的稳像效果。当镜室转动40°时,未稳像的主镜其X向平移变化为150μm,绕X轴转角为2.5"。采用液压稳像后,X向平移变化减小为3μm而绕X轴转角减小为0.4"。测试结果表明,基于液压支撑的主镜稳像技术可以实现对主镜位置的实时检测和控制。     

新型轻质大口径空间反射镜支撑设计

摘要：随着空间反射镜口径的增大,光学系统总质量随之剧增,这与当前光学遥感器轻小型化的发展趋势相矛盾。为了更好的满足空间光学遥感器发展的需要,文章从主反射镜组件的轻质化设计入手,从结构材料热匹配的设计、主镜轻量化形式的确定以及支撑结构的合理设计三个角度系统地进行了一体化结构—热设计。针对某型卡塞格林系统Φ630mm口径主镜进行了轻质化设计,三点为主多点为辅的支撑方案在保持组件结构刚度满足力学要求的同时,使反射镜具有良好的热尺寸稳定性。在综合考虑加工和工作状态后,最终确定了一种满足设计要求的整体优选方案,经最终分析计算确认,主镜组件镜面综合面形误差PV值均小于λ/10,各项指标完全满足光学系统对主反射镜的设计要求。     

结构优化在空间可展开天线中的应用及展望

空间可展开天线是航天领域发展的重要方向,具有重大战略意义和重要经济社会价值。首先,对结构优化技术、面向增材制造的拓扑优化与点阵填充等先进轻量化设计技术的应用进行综述;然后,根据典型使用环境和设计要求,着重介绍近年来结构优化技术在空间可展开天线零部件结构优化和馈源阵支撑结构概念设计中的典型应用案例;最后,考虑未来空间超大口径及高精度可展开天线的设计需求,对先进轻量化设计技术的应用前景进行展望。结构优化技术与设计经验相结合,正在推动设计理念的创新,将成为先进航天器设计的核心工具和必备的标准流程。     

地基大口径望远镜结构的性能分析

为了研究和优化地基大口径望远镜系统的整体性能,对其整系统进行了有限元建模和分析.针对1.23 m口径的光电望远镜,研究了望远镜各部件的结构特点及连接关系,论述了相关部件的简化方法,建立了整系统的有限元模型.计算了当望远镜指向天顶和水平状态时系统的重力变形情况,给出主次镜的变形结果.分析了望远镜在风载和地震波载荷作用下的...     

1.2m望远镜次镜支撑结构设计

研制了一个用于1.2m望远镜的次镜支撑结构,以满足其对刚度和伺服系统带宽的要求。首先,对影响主镜遮拦和支撑系统刚度的四翼梁进行研究。使用动力学建模方法,初选四翼梁结构的参数。然后在ANSYS中建立有限元模型,进行静力学和模态分析。最后,使用试验模态分析法测试设计的支撑结构。有限元分析显示,设计的结构受重力影响会引入0.004 2λ的切向彗差,第一阶模态频率约为57.2Hz。试验模态分析显示,系统第一阶谐振频率为54.1Hz,与理论分析和有限元分析结果一致。实验结果与仿真结果对比后显示:归一化的振型向量中叶片结构振幅较小时,实验模态较难提取,且实验结果略小于有限元分析结果,最大相对误差约为7%。设计的次镜支撑结构遮拦小、刚度好,满足使用要求。     

Analysis of the repeatability of a deployable space tri-prism mast based on the Monte Carlo method

Journal of Mechanical Science and Technology - Space deployable mast, which is a supporting mechanism, especially for a space telescope, requires high repeatability. In this study, a deployed space...     

大型光学望远镜副镜位姿精调机构的优化设计

分析了大型光学望远镜副镜位姿精调机构的性能要求,提出了基于Gough-Stewart并联机构的副镜位姿精调机构的2个设计准则：运动精度准则和刚度准则。选取Gough-Stewart并联机构的2个角度尺寸参数和3个无量纲化的线性尺寸参数作为设计变量,并给出设计变量定义域的划定依据;提出与设计准则相对应的2个全条件性指标：运动传递精度指标和刚度指标,对全条件性指标中的可达工作空间做了适合位姿精调需求的改进,按照统一目标法乘除法构造统一目标函数,建立有约束单目标优化问题数学模型。以改进的遗传算法编写程序,计算得到机构参数的Pareto最优解,为位姿精调机构的进一步设计提供了参考。     

空间太阳望远镜中的轻量化铍镜研究

摘 要：针对空间太阳望远镜相关跟踪器中的摆镜研究,开展了Φ84mm轻量化铍镜设计与研制。利用冲击研磨工艺得到铍粉,再通过热等静压工艺和机械加工得到铍镜镜坯。使用化学镀镍工艺在镜坯基体上镀覆镍磷合金过渡层,再经过光学加工完成铍镜研制。干涉检测得到面形精度为,RMS：0.012λ,PV：0.114λ,轻量化率为43.68%。检测结果满足空间太阳望远镜的技术要求。铍镜研制结果表明,金属铍可以作为空间天文仪器中反射镜基体材料,实现了高精度铍镜研制的技术路线,为在我国空间天文仪器中应用铍镜奠定了基础。     

空间索杆铰接式伸展臂参数设计与精度测量

结合空间索杆铰接式伸展臂在航天工程中的应用,基于伸展臂从航天器伸出且前端支撑负载的在轨工作状态,运用欧拉梁理论建立了悬臂式伸展臂理论分析模型。分析了工作状态下伸展臂与负载系统的固有频率和根部弯曲强度,提出了基于伸展臂固有频率限制和根部弯矩限制的伸展臂参数设计方法。通过算例分析了伸展臂线密度、半径、纵杆截面面积等主要设计参数与伸展臂固有频率和根部弯矩之间的关系。研制了伸展臂原理样机,其弯曲刚度和抗弯强度分别为0.388 MN.m2和562.12 N.m,验证了伸展臂具有较高的刚度和强度。对伸展臂物理样机的地面重复展开定位精度进行了测量实验,其轴向、水平、竖直方向上的重复展开精度分别为0.127 mm、0.645 mm和0.588 mm,证明了伸展臂具有较高的重复展开定位精度。