空间相机反射镜碳化硅材料性能测试

通过对SiC样件加工研磨及反射率等性质的测试,得到了材料的性能数据,分析了用SiC材料制备反射镜毛坯的几种方法的优缺点。采用Lanmda-9分光光度计,对SiC在不同表面镀硅、镀银、以及镀硅后再镀银的条件下进行了反射率测试,得出在镀硅再镀银条件下,反射率最高,达到98%的结果。利用Wyko干涉仪对国产SiC长条形样镜进行研磨分析测试,测得表面粗糙度值为6.27 nm。该材料在某型号离轴三反光学系统中作为反射镜得以应用和验证,测得被加工后,镜面面形PV值达到0.068 λ,RMS值为0.01 λ(λ=632.8 nm)。此结果表明,材料的性能达到了可加工可应用的要求。     

SiC反射镜及其制备工艺的研究进展

阐述了SiC反射镜的制备工艺及方法特点,对其坯体制备、表面致密化涂层、表面光学精加工和轻量化作了详尽的表述;着重介绍了SiC反射镜的国内外发展现状,并讨论了其今后的发展方向.     

空间相机指向反射镜面形误差仿真分析

分析了引起某空间相机指向反射镜面形误差的载荷,运用有限元分析软件对指向反射镜在几种典型载荷作用下产生的镜面变形进行了多场耦合仿真,计算结果表明该指向反射镜完全满足光学系统的性能要求,从而为相机设计提供了有力依据。     

大口径空间遥感相机主反射镜支撑设计

为降低外界载荷对空间遥感相机主镜面形精度的影响,提出采用不同的柔性环节独立约束主镜自由度的设计思想。通过运用CAD工程分析软件进行主镜系统动、静态特性及热特性的仿真分析,并在此基础上对主镜系统中柔性环节的结构参数进行修正,在保证支撑刚度的前提下降低由于重力、装配应力及温度变化对面形的影响,并可承受发射过程中的冲击和振动。     

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.     

航空遥感相机扫描反射镜支撑技术

从保证扫描反射镜成像质量及功能的角度出发,介绍了扫描反射镜及其支撑结构材料的选取原则;探讨了扫描反射镜的支撑方式,以及各种支撑方式的适用范围;针对面型精度要求较高的反射镜,提出了柔性支撑结构的设计思想.通过CAD/CAE工程分析软件,在各种情况下,对采用柔性支撑结构前后的反射镜组件进行分析,由有限元模型变形情况的对比分析,可以验证此种柔性支撑结构的有效性.最终通过相机的外场试验,由相机的成像质量确定了反射镜支撑结构的可靠性.     

Φ510mm SiC超轻量化反射镜的设计与有限元分析

针对Φ510mmSiC超轻量化反射镜的研制,提出了一剖面为船型、内部为正三角形、面板加密呈正六边形的轻量化结构。当设计重量为1.85kg时,通过调整各个结构参数与另外两种相同重量的轻量化结构进行了比较。结果表明,在同样背部6点支撑作用下,该超轻量化结构在光轴指向天顶时由自重引起的面形(RMS)具有较大优势。利用Patran\Nastran有限元软件模拟计算了该超轻量化反射镜在光轴水平状态下的自重镜面变形,并对其进行了热力学及动力学特性分析。分析结果显示,该超轻量化反射镜各项指标均能满足使用要求。最终,根据设计结果试制加工了一块镜坯,初步加工后的重量约为2.2kg,面密度约为10.8kg/m2,已达到目前SiC超轻量化反射镜的先进水平。     

碳化硅轻型反射镜技术

给出了常用的轻质材料,对比分析了碳化硅的材料特性。介绍了碳化硅反射镜制造中的几个关键技术,包括RB碳化硅反射镜毛坯制造,SiC涂层技术和SiC反射镜的加工技术。     

全景式航空相机扫描反射镜及支撑结构设计

扫描反射镜是航空相机光路转折、像移补偿和自准直调焦的关键部件,扫描反射镜及其支撑结构的设计水平对航空相机的性能有重要影响。以某全景式航空相机为例,在总结了扫描反射镜尺寸、轻量化结构、柔性支撑结构的一般设计方法基础上,设计了三角形和四边形轻量化孔组合形式的扫描反射镜结构,并提出了一种背部三点柔性支撑结构形式,经验证可以满足设计指标中对反射镜面型精度的要求。     

空间光学系统反射镜轻量化技术综述

分别从材料选择、制造工艺、结构形式等方面对国内外空间光学系统反射镜的轻量化技术进行了系统的评述,分析了轻型反射镜技术的现状和发展趋势。针对国内的技术水平,对今后的研究工作提出了几点建议。     

带有环球影像镜头后视镜对汽车气动噪声的影响研究

为探究带环球影像镜头后视镜对汽车气动噪声的影响,运用Lighthill-Curle声类比方法,对带环球影像镜头后视镜尾部气流的流动以及汽车前侧窗处声场进行研究分析。分析表明:车辆在高速行驶条件下,带有镜头方案的后视镜尾部气流相对于原方案发生较大变化,同时通过计算得到声压频谱图可知,频率在中高频段时,带有镜头方案的前侧窗区域的气动噪声相对于原方案的声压级有所增大。最后,为探究带有镜头后视镜对驾驶舱内气动噪声的影响,对带镜头方案和原方案分别进行噪声风洞试验。试验结果表明:带有镜头方案舱内声压级高于原方案,同时测得舱内语言清晰度也有所下降。试验结果与数值分析一致,验证了数值分析的正确性,为汽车后视镜气动噪声地控制提出了理论依据,有利改善司乘人员乘坐的舒适性。     

软X射线多层膜反射镜的设计、制备与检测

本文提出一种图像直观、结果可靠的软X线多层膜设计方法,讨论了与软X射线多层膜制备有关的基板选择,膜厚控制等工艺问题。给出Mo/Si软X射线多层膜小角度衍射及171Å、231Å及256Å处软X射线反射率的测试结果,并对软X射线多层膜工作做了展望。     

碳化硅轻量反射镜的超精密加工

运用在线电解磨削技术(ELID)加工大型碳化硅球面镜(口径ф360 mm),设计了一套专用的静压组合夹具用以抑制加工过程中因磨削力引起的工件变形.结合在线面形测量和基于误差补偿的补正加工方法,可以获得面形精度为P-V值0.8 μm、表面粗糙度为Ra7.8 nm的高质量碳化硅球面镜.     

空间RB-SiC反射镜的表面离子辅助镀硅改性技术

针对空间用RB-SiC材料由Si\SiC两相结构引起的光学表面缺陷问题,提出了表面离子辅助沉积（IAD）硅膜的改性新方案以优化RB-SiC光学表面反射率。对厚度为10µm的IAD-Si改性层的主要性能研究显示：IAD-Si膜层为非结晶结构,能够提供较好的抛光表面,在77K-673K的热冲击下膜层稳定性良好。以Si膜的抛光机理为依据对IAD-Si改性层进行了大量抛光工艺实验和表面质量测试,给出了关键的抛光工艺参数和实验结果。通过表面IAD-Si改性及本文提出的改性层超精加工技术能够在反射镜表面得到面形精度的RMS值低于1/20λ(λ=632.8nm)且表面粗糙度的RMS值低于0.5nm的超光滑表面;与改性前相比,反射镜改性层抛光表面在360-1100 nm 波段的反射率提高了4.5%以上。     

基于BP神经网络的空间相机的热光学分析

空间相机在轨工作时所处的热环境与地面状态差异很大,温度场的变化会给系统带来较大的热光学误差,影响成像质量.热光学分析是空间相机研制工程中的重要环节,是涉及传热、材料、机械、光学等学科的多学科问题.空间相机精密度高、结构复杂,包含很多非线性因素,增大了热光学分析的难度.利用成熟的BP神经网络建立相机温度分布与光学成像质量状况之间的网络模型,利用热光学试验获得的数据样本进行训练,并对其他样本进行预测,结果较好.     

超轻量化SiC反射镜的制备及性能

采用真空辅助凝胶注模和反应烧结法制备了面密度分别为9.35和11.7kg/m2,直径分别为200和500mm的两块超轻量化SiC反射镜,检测了反射镜的主要性能。结果显示:由于在真空环境下浇注,坯体没有宏观缺陷。材料中细小SiC颗粒的存在使材料具有相对较高的抗弯强度(335 MPa)和断裂韧性(4.5 MPa·m12)。此外,反射镜材料金相组织中未出现明显的SiC颗粒定向排列,具有较好的各向同性度:不同方向热膨胀系数差异小于3%,模量差异为1.3%。镜坯经过光学加工后面形误差(RMS值)为0.043λ(λ=632.8nm),表面粗糙度(Ra值)优于5nm。实验表明,真空辅助凝胶注模成型结合反应烧结工艺制备的超轻量化SiC反射镜各方面性能良好,适用于制备空间相机用反射镜。     

表面改性非球面碳化硅反射镜的加工

为了获得高质量光学表面的非球面碳化硅(SiC)反射镜,对碳化硅反射镜表面改性技术以及离子束辅助沉积(IBAD)Si改性后的非球面碳化硅反射镜的加工技术进行研究。首先,简要介绍了碳化硅反射镜表面改性技术以及本文所采用的离子束辅助沉积(IBAD)Si的改性方法。然后,通过采用氧化铈、氧化铝以及二氧化硅等各种抛光液对离子束辅助沉积(IBAD)Si的碳化硅样片进行抛光试验。试验结果表明氧化铈抛光液的抛光效率较高,使用二氧化硅抛光液抛光后的样片表面质量最好。最后,在上述实验的基础上,采用计算机控制光学表面成型（CCOS）技术对尺寸为650mm×200mm的表面改性离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜进行加工,最终的检测结果表明离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）优于λ/50（λ=0.6328μm）,表面粗糙度优于1nm（Rq值）,满足设计技术指标的要求。     

空间相机电箱结构设计

为了保障空间相机电子器件在轨工作正常,介绍了空间相机电箱应具备的主要功能,并针对这些功能详细介绍了电箱结构设计中应采取的方法和措施;以某空间相机电源箱为例,对其进行结构设计、三维建模和力学仿真;模态仿真分析结果表明该电箱三阶模态均大于130Hz,应力响应分析结果证明电箱在正弦振动以及随机振动条件下,各主要材料在三个方向上均具有较高的安全裕度,发生变形破坏的概率极低;在经历了力学振动环境试验和冲击试验后,电箱的电子学性能检测正常,电子器件、螺钉等零件无脱落,损坏等现象;仿真分析和试验结果证明该电箱的结构设计合理,具有足够的刚度和强度,满足使用要求。     

空间遥感相机结构的计算机辅助工程分析

为满足空间遥感相机苛刻的设计要求,有必要对其初步设计方案的光学及机械性能进行预估。为此,对空间遥感相机在温度场、重力场及随机激励载荷下的光学同心度及光程差的变化进行了研究。通过计算机辅助工程分析的手段,对遥感相机不同的结构方案进行了分析、比较。计算了相机结构在温度场及重力场作用下的位移与变形,进而求出光学同心度及光程差的变化。对随机激励谱下的动力学响应RMS也进行了估算。通过若干设计——分析迭代,选取了最佳方案并实现了结构优化。     

SiC反射镜表面改性对TMC光学系统信噪比的影响

SiC（Silicon Carbide）反射镜由于固有的缺陷,在使用时会影响反射式光学系统的信噪比。采用表面改性技术后,Wyko轮廓仪测试表明SiC反射镜的粗糙度由10.42nm（Ra）降低到了0.95nm（Ra）,镀制了银反射膜和增强膜后,主镜、次镜、三镜及折叠镜在0.5μm-0.8μm的可见光波段反射率＞98%。计算的结果表明应用了表面改性技术后TMC反射式光学系统的信噪比提高了5%以上。