航天相机主镜组件随机振动仿真分析

航天相机在火箭发射过程中会经历随机激励,主镜组件作为航天相机的关键部件,其刚度和强度能否满足使用要求显得至关重要.为有效预示航天相机主镜组件在力学环境条件下的响应,文中对航天相机主镜组件进行随机振动仿真分析.在仿真分析过程中采用模型修正的有限元技术,利用试验数据修正模态阻尼参数,重新计算的响应结果与特征测试结果一致.对...     

主镜稳定温度场特性分析

论述了主镜热设计及热分析的重要性,并分析了在温度场作用下主镜的变形及其对光学系统成像质量的影响.对材料分别为K9和熔石英的主镜在径向稳定温度场的作用下的面形变形作了详细的分析、计算,发现相同结构的主镜,其镜面不仅变形与主镜的线胀系数和其他材料、结构特性参数有关,而且与温度梯度的大小和方向均有密切的联系.     

大口径SiC轻量化主镜热变形的定标

为了准确地预算出大口径SiC轻量化主镜镜面的温度变形,研究了不同热模式下SiC轻量化主镜镜面面形的定标和计算方法.将SiC轻量化主镜上的温度传感器在轴向厚度方向上进行分层处理,对每层上的温度分布采用准Zernike多项式进行拟合.以4 m SiC轻量化主镜为例,采用有限元法分别对准Zernike前9项温度模式(18种温度场)下的镜面变形进行定标计算,得出各种单位载荷作用下轻量化主镜镜面的最大变形以及面形误差PV值和RMS值.计算结果表明:准Zernike第一项模式、单位载荷作用下镜面变形最大,其面形误差RMS为278.3 nm.采用最小二乘法对各种温差场下的镜面误差进行准Zernike多项式拟合,获得了准Zernike像差项的系数.采用最小二乘法拟合计算出镜面变形误差产生的准Zernike像差项的系数,结果表明,18种温度场下产生的像差形式主要有:平移、倾斜、离焦、彗差和像散.     

空间相机中主镜的轻量化技术及其应用

对空间相机主镜的轻量化技术作了全面的总结和概括,阐述了主镜轻量化技术的一般考虑,总结了轻量化技术中主镜口径确定、材料选取、结构形式、基体形状、支撑方式、支撑装置的结构形式、热稳定措施及CAD/CAE应用。最后给出了主镜轻量化的典型应用实例,对其进行了光机热综合评估。     

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。     

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。     

1.2m微晶主镜的新型支撑

针对1.2m微晶主镜,提出了基于6套柔性切向杆机构的侧向支撑与基于18点半柔性Whiffletree机构的轴向支撑相结合的新型主镜支撑方案,用于保证该主镜在较大温差范围以及不同俯仰角度下始终保持良好的面形精度及较高的系统刚度。分析了该机构的工作原理,实验测试了主镜的面形精度及支撑系统的模态。机构分析表明该支撑方式可有效保证主镜定位精度和面形精度,并具有热解耦能力;有限元分析确认系统具有良好的支撑性能;面形精度检测得出主镜光轴垂直面形精度RMS达15.25nm,光轴水平面形精度RMS为20.75nm,模态测试则获得主镜支撑系统的一阶固有频率为60.3Hz。实测结果验证了该新型主镜支撑系统具有良好的面形保持能力及支撑刚度,分析结果与实测结果符合度较好,主镜光轴垂直和水平状态面形精度RMS的相对误差分别为14.0%和17.8%,一阶固有频率相对误差为10.8%。得到的结果验证了有限元建模及分析的可信性,支撑系统设计方案的合理性及相关理论推导的正确性。     

铣车复合加工中心热特性研究

本文以铣车复合加工中心整机为研究对象,采用有限元分析方法,在对整机热载荷和边界条件分析的基础上,建立了整机的有限元热分析模型,并对整机温度场进行了仿真模拟。研究结果表明:主轴系统的温升最高,为56.526℃,且出现在主轴转子处;进给系统中,Z向进给系统温升最高;基础部件中床身、立柱等基本保持室温,横梁两端有一定温升。     

基于拓扑优化技术的500mm主镜结构设计

基于拓扑优化软件Optistruct对500 mm口径后背钻孔式碳化硅主镜进行了结构优化设计。对比了优化设计主镜结构与传统三角形轻量孔主镜在重力场,温度梯度场下其镜面变形情况。校核结果表明基于拓扑优化设计的主镜结构相比于传统的三角形轻量化孔均布式结构具有更好的光学性能以及更轻的质量。最后对比不同的温度梯度场下的镜面变形情况,结合技术要求提出了主镜的温控目标。     

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.     

转子热弯曲变形及其影响的数值分析方法

研究了转子热弯曲及其对振动影响的数值分析方法。采用三维有限元法计算轴的温度场及热弯曲变形，或采用一阶振型分配法估算轴的热弯曲变形，采用传递矩阵法计算热弯曲振动响应，计算结果与有关理论解吻合良好。这些方法在热弯曲试验器分析中得到了验证。本文提出的数值分析方法可以用于实际发动机转子热弯曲及其影响的分析     

热驱动薄膜式微型泵性能的初步分析

对热驱动微型泵的关键部件——铝—硅复合膜片进行了数值计算和分析。发现存在一个合适的交变加热频率范围 ,使单位时间泵腔体积变化量达到最大 ;铝膜形状取为圆形比环形有利于得到更大的泵腔变形体积。减薄硅膜厚度和增加铝膜的厚度也能增大泵腔体积变化量     

空间相机主反射镜的力学计算

本文对空间相机主反射镜的初始设计进行了静力学分析,分别对主反射镜为中心支撑;边缘支撑,水平和垂直放置;载荷为自重g₀和5g₀的六种工况,用ANSYS程序计算了各工况下各单元及节点的变形和应力。生成了主反射镜的实心体模型,算出了主镜的准确重量。计算结果表明:现有设计满足静力学要求,还有轻量化的余地。边缘支撑的变形及应力均小于中心支撑。上述结果对主镜改进设计有重要参考价值。     

空间相机的热分析与热控制技术

阐述了热控制技术在空间相机研制工作中的重要性,分析了影响空间相机温度水平及温度梯度的各种因素,探讨了空间相机热分析的内容、评价方法及热控策略,介绍了目前空间相机热分析与热设计的开展情况。     

主反射镜轻量化工程分析计算

采用了空间遥感相机主反射镜背部打圆孔的轻量化方案,对轻量化主镜进行了CAD实体模型构造及重量和轻量化率的计算,建立了轻量化主镜的有限元模型,进行了静力学和动力学分析和计算,并对轻量化和未轻量比的主镜的自振频率进行了比较。计算结果表明,主镜的轻量比设计满足技术要求,轻量化主镜的动态刚度、比刚度得到提高,轻量化率达30%以上,并还有轻量化的余地。上述结果对主镜的改进设计有重要的意义。     

空间遥感相机热控设计中的热分析与热试验技术的探讨

通过某空间遥感相机模样热分析与热试验结果的比较,发掘出目前我们在这两方面工作中存在的问题。阐明热分析与热试验有机结合的重要性,并就如何提高热分析与热试验水平提出一些建议。     

基于温度场的螺旋锥齿轮啮合热特性分析

根据螺旋锥齿轮啮合方程,采用“自底向上”的实体建模方法和八节点六面体等参元,建立其三齿的有限元分析3D模型;采用热传导理论,求解了螺旋锥齿轮本体稳态温度场。由此,对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了啮合过程热应力和热变形。实例分析结果表明,螺旋锥齿轮副多齿啮合时其中一个齿的啮合中心稳态温度较高,热应力最大处在齿根部位,靠近啮合中心的齿顶部位的热变形最大;由于结构、材料特性等多因素影响,最大热应力和热变形部位不与最高温度点重合。这些为螺旋锥齿轮的设计制造和使用提供了一定依据。     

自重作用下中心支撑主反射镜面形变化研究

利用FEM研究了弯月形主反射镜中心支撑条件下自重所引起的面形变化,通过计算所得镜面变形的PV值和RMS值来评价是否超差,利用Zernike多项式进行数据处理,分解出中心支撑方式下自重引起的像差成份,并相应地提出了提高成像质量的改进措施.最后进行了主反射镜背部形状优化.