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。     

空间光学遥感器反射镜柔性支撑的设计

为降低光学遥感器反射镜在复杂且恶劣的空间环境下的面形误差,设计了一种柔性支撑结构,使反射镜在具有良好的热尺寸稳定性的同时结构刚度满足力学要求。针对某长圆形光学反射镜组件,通过设置柔性铰链的厚度、最薄处厚度和柔性铰链圆弧半径3个特征参数,对柔性铰链进行合理的结构设计。采用有限元法对反射镜组件在力热耦合状态下的面形精度和结构强度及结构的动态刚度进行仿真分析,结果表明,反射镜面形PV值由350.08nm降至59.03nm,RMS值由102.67nm降至9.11nm,柔性结构保证了反射镜的热尺寸稳定性,同时满足力学要求。最后,对反射镜组件的力热模拟件进行力学试验,得到的结果显示其3个方向的基频分别达到264Hz,290Hz和320Hz。这些结果表明,该柔性支撑结构设计方案是合理可行的。     

光学反射镜及其支撑结构设计与分析

空间遥感器光学反射镜支撑连接结构的高刚度和良好的热尺寸稳定性是保证其成像的关键因素,文中针对某空间光学遥感器反射镜及其支撑结构进行了静力学和热弹性分析,镜面变形云图显示反射镜面形精度在力学工况下满足成像要求,而热环境工况下显著超差,遥感器不能正常成像,因此对反射镜支撑结构进行改进,增加了柔性结构。通过有限元分析结果表明,在柔性结构的调节作用下,反射镜在力和热两种环境约束工况下,面形精度均满足成像质量要求,说明了结构的合理性。     

采用三点定位原理的反射镜支撑结构设计

在选择空间反射镜的支撑形式时,大口径反射镜一般采用柔性支撑结构加背板的支撑结构;小尺寸反射镜采用周边支撑的结构,但支撑结构质量都较大。为了降低反射镜支撑结构质量,通过对三点定位原理的自由度分析,设计了3个柔性铰链结构,通过柔性铰链的结构参数分析及有限元分析计算,设计出参数为R=1mm,t=2.5mm的三点柔性铰链,实现400mm口径反射镜的周边支撑,并使支撑反射镜的三个铰链直接与相机机身连接,省略了常规反射镜支撑的背板及边框,大大降低支撑结构质量;且该支撑结构具有较好的动态刚度和力、热环境适应能力。     

长条形空间反射镜及其支撑结构设计

提出了一种空间反射镜柔性支撑结构,以满足反射镜在重力和温变载荷下对较高面形精度的要求.根据光学设计指标要求确定了反射镜的结构形式,根据该结构形式设计了柔性支撑结构,并利用有限元分析软件对反射镜组件进行了分析和结构优化.分析结果表明.反射镜组件的一阶固有频率达到179 Hz,在X,Y,Z3轴方向,1 g重力作用下的镜面面...     

1.5m口径空间相机主镜组件的结构设计

研究了1.5m口径空间相机反射镜组件的结构,设计了主镜组件结构系统。采用RB-SiC作为反射镜镜坯材料,分析并优化了反射镜支撑形式和镜体的结构参数,得到了重131.9kg,轻量化率达到81%的反射镜结构。在主镜基本构型确定的基础上,设计了主镜支撑结构,通过合理设计柔性卸载结构满足了主镜结构系统的力、热环境适应性和抗振性要求。最后,利用有限元法综合分析了主镜组件的性能。试验结果表明:主镜在1g重力作用下的面形精度RMS达到0.025λ(λ=632.8nm),(20±4)℃温变环境中主镜面形变化量在RMS 0.01λ范围内,主镜组件一阶固有频率为95.8Hz,有限元分析结果的误差为4%。得到的结果表明主镜组件的静态刚度、动态刚度及热环境适应性完全满足设计指标要求。     

可见与红外双波段航空侦察相机光机设计

为满足高分辨率昼夜凌空侦察和中低空战术昼夜侦察需要设计灵巧型双波段航空侦察相机,该相机的研制为发展新型机载光电侦察设备提供技术储备。根据目标在不同光谱波段下的光学特征设计可见、红外双波段光学成像系统,全视场传递函数达0.5以上。基于SiC材料反射镜设计一种叶片式柔性支撑结构,该结构能够较好的保证反射镜的面形精度,仿真结果显示反射镜在重力载荷和热载荷叠加的情况下面形精度优于12 nm。针对目前航空相机主支撑结构难于同时保证质量小且刚度高的问题,采用NX/Narsrtan软件对相机主支撑结构进行优化设计,优化结果使相机框架结构一阶固有频率提高15 Hz,质量减小10%。通过环境试验、动态成像试验及分辨率检测试验验证设计结果的正确性。相机切实可行的光机设计有效地保证整个系统的性能指标都能满足设计要求。     

反射镜柔性支撑结构的模态参数分析

为解决全面、准确地检测反射镜柔性支撑结构的柔度参数的问题,将参数辨识技术应用到柔度测试领域中。开展了在频域中基于模态参数辨识理论分析柔性支撑结构柔度参数的分析。首先,对于串联弹簧-质量-阻尼系统的传递函数及其性质进行了推导,建立了一种对于串联模型端部子系统参数进行辨识的方法;然后,利用计算机进行了数值仿真,以验证上述理论推导的准确性;最后,针对某小型反射镜的柔性支撑结构Bipod进行了实验验证。实验结果表明,该测试方法与传统的测量方法相比误差小于5%,证明了该方法的可行性,对其他柔性部件的检测分析都有较好的指导意义。     

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.     

大口径空间反射镜大容差支撑结构设计与优化

针对传统反射镜无法消除加工及装配应力,长期使用后面形精度下降不能满足使用要求的问题,提出了一种高稳定性空间反射镜支撑结构的解决方案,进行了具有大容差特性的1.5m口径高精度空间反射镜工程化研究和创制。依据经验和理论,完成了初始反射镜组件构型,反射镜的材料选用RB-SiC,采用三角形背部半开口反射镜轻量化形式和背部三点膜片型柔性支撑结构。以装配误差0.01mm的9种工况下反射镜的面形RMS变化量最小为目标,利用isight软件对反射镜支撑结构的主要尺寸进行了优化设计。最终完成了轻量化率为82.1%,组件质量为170.23kg的反射镜的研制。试验结果表明:反射镜在1 g重力作用下,面形精度RMS优于0.016λ(λ=632.8nm);加入0.02mm强迫位移模拟装配误差,面形RMS仍然为0.016λ;在20℃±5℃温变环境下,面形RMS变化量在0.002λ范围内;组件一阶固有频率为101.3Hz。反射镜组件静态刚度、动态刚度、面形精度以及环境适应性满足空间工程应用要求。     

三种柔性蒙皮支撑结构的力学特性

理论推导了U型、V型和梯形3种柔性蒙皮支撑结构面内横向无量纲化弹性模量与其平面几何参数(壁厚系数t、高度系数h、形状系数k)之间的关系:其等效弹性模量随t增大而增大,随h增大而减小,随k增大而减小。采用ANSYS软件进行了有限元模拟并通过实验对其面内力学特性进行验证。同样参数条件下,3种结构面内横向刚度从大到小依次为V型、U型和梯形。说明梯形结构具有更强的变形能力,产生同样的变形需要的能量最小。对3种结构的面法向刚度进行了有限元仿真和实验比较,其面法向刚度随几何参数的变化规律与面内等效弹性模量相似;在相同等效面法向气动载荷作用下,3种结构面法向位移大小依次为梯形、U型和V型。对3种结构拉伸前后不同载荷作用下的面法向最大位移进行实验测量,发现面法向刚度在拉伸后都有较大提升,在产生相同的面法向位移情况下,承受的压强平均提高了30%~60%。     

小型光学遥感器主镜室的光机结构

设计了一种新的光机结构,以使超小型光学遥感器在宽温度范围及恶劣的动力学环境下能够良好成像。研究了该结构中的核心部件-主镜组件的支撑结构的设计原理和实现方法。通过对主镜室初始设计方案的力、热特性分析,说明了主镜传统支撑方式的局限性。然后,以挠性支撑原理为基础设计了一种新型的适用于小口径反射镜支撑的挠性反射镜支撑结构,对该支撑结构的温度适应性及组件的模态进行了有限元分析,说明了采用这种反射镜挠性支撑结构能够满足设计指标要求。最后,论证了小型光学遥感器主镜室的加工及具体实现方法。对装配后的主镜组件进行了热冲击试验和温度拉偏试验,结果表明:在-60℃~80℃进行热冲击试验后,主镜不会出现炸裂现象;而在-20℃~50℃温度下,反射镜面形精度RMS仍保持在0.025λ(λ=632.8nm)水平。得到的结果验证了主镜室的设计可以满足小型光学遥感器的应用环境要求。     

柔性支承结构对可倾瓦轴承稳定性的影响

为了进一步提高可倾瓦轴承支承转子系统的稳定性，提出由弹簧支承的柔性可倾瓦轴承结构。设计制造单层弹簧和双层弹簧支承的2种柔性可倾瓦轴承试样，在转子-轴承实验台上开展稳定性实验研究。实验结果表明：由弹簧支承的柔性可倾瓦轴承综合支承刚度小于普通可倾瓦轴承的支承刚度，新型柔性可倾瓦轴承具有降低转子临界转速的作用；相比于普通可倾瓦轴承，柔性支承可倾瓦轴承明显降低轴频振幅，能够有效提高转子-轴承系统的运行稳定性，且双层弹簧支承的可倾瓦轴承稳定性提高更为显著。     

基于有限元分析的长条状主镜支撑结构设计

从满足空间望远镜主镜在复杂工况下综合面形误差要求的角度出发,介绍了大尺寸长条状主镜组件材料和主镜结构的选择确定原则;采用理论分析与有限元计算工具相结合的手段,对主镜支撑结构进行了分析与设计.分析计算表明,若主镜组件采用刚性支撑设计,主镜综合面形误差将远远超出设计要求;而采用柔性支撑设计,当柔性支撑筋板高度取46 mm、厚度取1.7 mm时,主镜组件的动态刚度可达97.4 Hz;镜面综合面形误差分别达到63.1 nm、39.3 nm和59.6 nm;主镜组件最大变形分别达到24.6 μm、21.4 μm、7.4 μm,各项指标满足设计要求.平衡稳定性校核表明,当空间相机发射时,柔性支撑筋板不会发生失稳.     

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。     

某车载固面可展开天线反射体结构建模与分析

某车载6.3 m口径固面可展开天线反射体由瓜瓣面板、背架、展开机构、底座和固定面支撑梁组成。根据不同结构与可展开机构部件的特点,建立了天线反射体有限元模型,开展了模态分析、自重载荷力学分析和风力载荷分析。仿真结果有效揭示了天线反射体模态与型面精度的变化情况,指出了可展开特性带来的反射体周向刚度较弱的问题,可为后续的结构设计与机构集成提供指导。