某接触型空间反射镜的结构设计与分析

为检测空间小型凸非球面反射镜,设计了一种适合其检测的结构。由于需要透射式检测,材料选择有局限性,首先优选反射镜材料,然后优选反射镜支撑方案,并对反射镜定位原理进行详细分析。在设计此反射镜组件时特地添加了阻尼环节及柔性环节,以减小装配应力、热应力及动力学响应,并重点而透彻地分析了装配方法,且对该反射镜组件进行了模拟工程分析。分析结果满足指标要求,该方案设计合理可行。     

空间相机1 m口径反射镜组件结构设计

针对1 m口径空间相机反射镜的设计要求,提出了一种新的反射镜柔性支撑结构.以材料选择、径厚比、支撑点数量和位置、轻量化结构形式等为设计变量,以自重作用下反射镜面形精度rms值为目标函数,优化设计了一种背部开口、三角形轻量化孔、背部三点支撑的SiC空间反射镜结构,同时提出了一种反射镜柔性支撑结构.对反射镜在光轴水平状态下进行装调检测时影响反射镜面形精度的柔性支撑结构参数进行了灵敏度分析,找到了影响反射镜面形精度的结构参数.对反射镜组件动、静态特性和热特性进行了有限元分析,分析结果表明,光轴水平方向重力载荷作用下反射镜面形精度rms达到5.6nm,4℃均匀温升工况下反射镜面形rms为2.7 nm,反射镜组件一阶固有频率为192Hz.最后,进行了反射镜组件的动力学测试试验,测得反射镜组件一阶固有频率为197 Hz,最大响应应力为181MPa,验证了有限元分析的准确性.得到的结果显示该反射镜组件完全满足设计指标要求.     

Bipod反射镜支撑结构的柔度计算及分析

为了改善反射镜在环境温度波动情况下的面形精度下降问题,设计了一种联杆型双轴Bipod柔性支撑结构,并基于柔度理论对它进行了参量优化。首先,对支撑结构的柔度进行了分析和计算,推导出柔性支腿以及反射镜组件的柔度理论公式。然后,以保证反射镜轴向支撑刚度和卸载能力为目的,计算得到一组针对口径为200mm反射镜的柔性支撑结构尺寸参数。最后,通过有限元分析和振动试验,对支撑结构的柔度公式、动态特性、温度适应性进行了分析验证。分析结果显示,在一定作用力下,柔性支腿的理论值与有限元分析值的误差在10%以内;振动试验得到组件的一阶频率为358.5Hz,与理论计算值的相对误差为8.8%;在20℃温差下,反射镜面形精度为7.7nm(rms)。试验结果验证了理论模型的有效性,同时说明Bipod柔性支撑结构能够降低温度波动对反射镜面形的影响。     

空间反射镜胶粘结固紧结构优化设计

为了设计合理的空间反射镜胶粘结结构,对某空间反射镜中的胶层进行了等效刚度建模,并对反射镜组件进行了热弹性分析,通过与试验结果对比,验证了模型的有效性,同时发现初始设计不满足设计指标要求.综合分析了结构粘合剂泊松比、粘结位置、胶层宽度和胶层厚度等因素对反射镜面形误差的影响,找出影响离焦误差的因素,进而提出了一种优化的胶层粘结方案,并进行了反射镜组件的动静态刚度分析和热尺寸稳定性分析.计算结果表明:优化的粘结方案,不仅满足设计指标要求而且有效防止了偏心粘结造成的胶层分布不均匀对系统的影响.     

高功率激光系统中大型光机组件的装配精度研究

大型高功率固体激光装置神光III中的48路强激光束组由许多大型精密光学系统组成,按照装置的研制要求实现这些光机系统的高精度装配是一项巨大的技术挑战。以具有亚微米级误差控制要求的大型反射镜组件为对象,提出了理论建模分析、数值计算仿真、工程现场试验研究三个层次相融合的反射镜组件装校精度分析研究方法。针对光机系统的装校精度建立几何误差传递和面形畸变形成的理论分析模型;并借助三维几何误差计算和结构有限元分析的专业化工具,分析预测了反射镜组件装配过程中的空间位姿误差以及夹持预紧作用下的镜面畸变作用;在工程环境下进行了反射镜组件的实体装配及其检测试验工作,检验了理论分析方法在实际工程中的适用性。这一方法对激光聚变装置中光机组件的精密装校研究有着普遍指导意义。     

CO_2探测仪反射镜组件设计

为了降低重力、力学试验、发射条件以及因材料线胀系数差异导致的热变形对CO_2探测仪反射镜面形产生的影响,从反射镜组件材料选择、结构设计和配合方式几个方面进行了分析。采用SiC材料制作反射镜,结合反射镜的环形支撑方式,通过有限元分析对镜体进行轻量化设计。选取线胀系数较小的殷钢材料,利用三角形结构的稳定性和双脚架柔性结构的灵活性设计出简易可靠的反射镜支撑结构。反射镜与支撑结构接触面为1∶50的锥度面,通过环氧树脂进行胶接。在严格的工艺条件控制下,对反射镜组件进行精密加工和装配。对反射镜组件进行力学试验测试,结果表明在X向、Y向、Z向的一阶频率分别为445,423和444 Hz,与有限元分析结果接近。试验后镜面面形变化量PV值小于1/10λ,RMS值小于1/30(λ=632.8nm)。证明了CO_2探测仪反射镜组件结构设计与装调的合理性,满足空间高光谱成像要求。     

大口径长条形反射镜组件自重变形的仿真与试验

研究了空间光学遥感器的大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化,实验验证和定量分析了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法得到的仿真分析结果的精度。介绍了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法的基本原理,分别用这两种算法对大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化进行了仿真分析。根据误差合成原理,提出了依据翻转前后两个状态的面形检测结果计算镜面面形变化的方法;针对离轴反射镜在面形检测过程中存在离轴量与镜面像散互相补偿的现象,求解了离轴量变化量与镜面像散的关系。试验结果显示:Zernike多项式拟合法的计算精度为74.2%,而球面方程拟合法的计算精度为12.6%;对仿真分析结果的误差评价表明,采用有限元法得到的仿真分析结果的理论精度值为10%左右,与球面方程拟合方法的计算精度12.6%基本吻合。研究表明,由于Zernike多项式拟合法自身的局限性,不适合对长条形反射镜面形变化进行拟合,而球面方程拟合法的计算精度能够满足工程要求。     

基于Pro/M的大口径反射镜的变形分析及其支撑优化

针对某大型激光装置中使用数量众多的大口径反射镜结构,运用Pro/E软件中的Mechanica研究其受重力影响的变形,并对反射镜的支撑结构参数进行灵敏度分析和优化计算,寻找使得反射镜片变形最小的结构参数,为大口径反射镜组件结构的设计提供依据.     

基于人工神经网络的某空间反射镜柔性支撑结构优化设计与分析

空间反射镜的支撑结构决定了反射镜的性能。通过有限元分析来优化支撑结构参数需要很大计算量,而且无法找到最优解。为了缩短设计周期,提出用人工神经网络来模拟反射镜组件输出特性和支撑结构参数间的非线性关系,并用MATLAB编制程序实现神经网络的建立和泛化,最终找到使反射镜输出特性最优的支撑结构参数。该方法不但能找到多变量优化的最优解,而且计算表明用神经网络泛化得到结果和有限元分析计算得到的结果相差在5%以内,精确度足以满足工程应用要求。     

大口径反射镜组件设计及稳定性研究

针对惯性约束聚变(ICF)装置中使用数量较多的大口径反射镜组件结构,在满足物理功能要求的前提下,根据其稳定性及定位、安装、调整和变形等要求,运用运动学原理及模块化设计思想,设计了一个典型的反射镜组件结构,并对组件结构进行了力学分析及实验.计算和实验结果表明,该组件满足稳定性要求,其定位和重复定位精度＜10 μrad,安装调整方便可靠,满足设计要求.     

空间敏感器次镜组件结构的优化设计与分析

针对由空间敏感器设计的两种不同次镜支撑结构组成的次镜组件,利用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件,分别进行了模态分析,得出了其固有频率和振型,接着对所关心的在随机条件下的响应情况进行了分析,得出了一些的重要分析结果.在分析结果的基础上,对两种组件的应用和改进方向提出了一些建议,为以后的设计工作提供了科学依据.     

展开式反射镜单元镜支撑技术

基于展开镜结构工作原理,运用有限元方法分析了展开式反射镜单元的裸镜及其支撑方案.目的是确定镜子支撑点数量及排布方式,并具体分析了12-6-1、12-8-1和16-8-1型三种支撑点排布方式,分别计算了各支撑点排布方式下的镜面自重变形.计算结果表明,采用16-8-1型的排布方式较为合理.支撑结构的优化设计是在裸镜支撑点优化位置加入支撑组件综合分析镜坯与支撑组件,以镜面面形误差及结构总体刚度为目标函数,考查、修改支撑组件以保证镜面RMS值在可调节范围(30μm)内.计算带有支撑组件的单元反射镜在自重作用下的变形,得出的镜面RMS值为16.52nm,小于1/4波长(632.8nm),表明将该支撑方案应用于单元镜具有可行性.并提高整个反射镜面的面形质量.     

成像光谱仪运动补偿扫描镜的研制

基于光、机、电一体化的设计思想,研制了一套高精度扫描镜机构,用于提高空间相机对某些特定暗目标的观测能力.首先,根据相机总体下达的性能指标,讨论了可行的驱动方案,确定了以步进电机为核心的系统控制方法.然后,介绍了驱动单元、精密轴系和扫描镜支撑结构3项关键技术.最后,给出了扫描镜机构的工程分析结果并进行了相关例行试验.试验...     

面向装配工艺规划的非稳定子装配体判别与装夹分析

针对装配工艺规划中大量存在的非稳定子装配体及其人工判断困难的问题，提出了非稳定子装配体的判别方法及其装夹方案的选择方法。分析了子装配体非稳定性的产生机理，提出了子装配体内部分离自由度分析模型的计算方法和运算规则，给出了子装配体非稳定性判定条件及其装夹零件的选择算法和选用原则。通过对子装配体的非稳定判别及装夹分析计算，不但可以提高装夹方案的制定效率和准确性，而且能发现子装配体中面向装配的设计错误。实例表明，该方法具有较强的实用性。     

装配顺序规划中子装配体的识别方法研究

给出了子装配体的定义，提出使用八叉树分割空间来获得联接图和局部阻碍图的方法。根据子装配体的定义给出了利用联接图和局部阻碍图识别子装配体的规则。并给出了应用实例。     

基于功能结构树的工艺子装配体识别及其装配约束关系的分析

针对复杂产品工艺子装配体识别的问题,提出了一种基于功能结构树的工艺子装配体识别方法。首先给出了产品的功能子装配体和工艺子装配体的定义和性质,给出了判断功能子装配体间干涉关系的算法;然后通过分析功能子装配体间的干涉关系和稳定性,提出了识别工艺子装配体和生成装配工艺结构树的算法,并给出了工艺子装配体装配约束关系方程组的计算步骤,最后通过实例验证了所提出方法的正确性和可行性。该方法简化了子装配体的识别过程,为提高大规模装配体的装配效率提供了条件。     

Subassembly identification for assembly sequence planning

Assembly sequence planning is a typical of NP-complete problem which will spend a large amount of computation time or disk memory once the assembly becomes complex. The complex product or assembly is composed of many parts and the number of assembly relationships between them is numerous. To decrease the difficulty of assembly sequence planning of complex products, the subassembly identification methods are focused on. It aims to decompose a complex assembly into a limitative number of subassemblies. Each subassembly contains a relatively smaller number of parts and the assembly sequence planning tasks of them can be handled efficiently. The subassembly identification methods for assembly sequence planning are summarized with respect to assembly constraints. The assembly constraints including the topological, geometrical, and process constraints are considered and merged into the assembly models for subassembly identification. The assembly models are generally represented as directed or undirected assembly diagrams including these considered constraints. It is generally taken as the input information to generate appropriate subassemblies complying with the requirements. The graph theories and graph search algorithms, integer programming methods and the emerging techniques, such as the knowledge-based methods, the intelligent algorithms and the virtual technology, etc. are advocated to resolve the subassembly identification problem with respect to the assembly models. The hierarchical assembly tree is widely used to represent the results of subassembly identification. These useful methods are not only used to subassembly identification for assembly sequence planning, but also successfully referred to by product disassembly.     

基于子装配识别的产品拆卸序列生成研究

对含有较多零件的复杂产品拆卸方法作了讨论,提出了一种基于子装配识别的拆卸序列生成算法。根据装配连接图和干涉图识别出子装配体,然后将子装配体看作一个零件,采用装配经验知识与几何推理相结合的方法生成子装配体序列,最后以一个装配实例说明了算法的有效性。     

基于模糊聚类的产品合理子装配划分

将模糊数学中的一些概念和理论引入产品合理子装配的划分之中 ,提出了产品零件集合的直积空间上的模糊紧密度关系、模糊装配连接图、模糊装配矩阵、产品模糊聚类等概念 ,并给出了基于产品模糊聚类的产品合理子装配划分方法。