某空间可见光相机的机身桁架结构设计

作为空间可见光相机的主要承载结构,机身桁架结构对于保证机身的力学性能至关重要。为了保证空间相机机身的结构刚度和稳定性,针对机身桁架结构设计进行了研究。研究了桁架的基本结构,分析了支杆力学性能的影响因素,探讨了支杆长度和角度对该机身桁架力学性能的影响。分析了支杆数量、支撑位置和分布形式对机身力学性能的影响,并分析了"△"型和"X"型桁架结构的特点。通过选择合理的支杆数量和分布形式,保证了机身桁架的力学性能。然后在设计分析的基础上进行了力学试验,验证了机身的力学性能。试验结果表明,该桁架结构的设计能够获得较好的力学性能,满足机身结构的设计要求。     

长焦距空间相机主次镜间桁架支撑结构设计

为了满足长焦距空间相机主次镜间支撑结构高刚度、高强度、高热稳定性和轻量化的设计要求,从材料选择、结构形式、连接工艺和参数优化等方面分析了空间相机主次镜间支撑结构设计中需要考虑的问题。针对某7 m焦距,相对孔径1∶6,采用卡塞格林光学系统的空间相机,设计了一种采用碳纤维复合材料的3层27杆式主次镜间桁架支撑结构,并基于有限元法对其进行了优化设计。分析结果表明,设计的桁架结构质量减轻了38 kg,一阶固有频率可达80 Hz,在径向自重和5℃均匀温升载荷作用下,次镜最大倾角为4.6″,表明所设计的支撑桁架合理可行,能够满足长焦距空间相机的使用要求。     

空间遥感相机桁架机身接头结构的设计和分析

大型空间相机需要使用力学特性强、质量轻以及体积小的机身结构对光学系统和其他系统进行支撑与固定,以保证镜头的成像质量。分析了铰链连接和螺栓连接一胶接方案的特点,并对比了各方案的力学性能。根据支杆材料和机身框架材料的性能,优先选择钛合金作为连接结构的制作材料。考虑到复合材料制造52艺的复杂性以及胶接的高强度和高刚度要求,制定了合理的胶接工艺以避免和控制胶接所产生的应力。最后通过静／动力学试验验证了接头设计方案的有效性。结果表明,螺栓一铰接设计方案是一种优化、合理的设计方案。     

空间相机桁架杆接头结构研究

在大跨度空间结构中广泛应用的桁架结构在大尺寸空间相机主支撑结构中的应用越来越多.桁架杆与安装光学元件的框架之间的连接接头是桁架式主支撑结构的重要组成部分之一.综合比较了桁架杆接头的几种常用结构形式,结合复合材料零件与金属零件的3种连接方式,提出了一种一端与桁架杆胶接、另一端与框架螺钉连接的桁架杆接头.该桁架杆接头设计有...     

空间相机机身桁架装配工艺

机身装配作为空间相机制造的一个关键环节,对保证机身的力学性能至关重要.为了提高空间相机机身的结构刚度和稳定性,针对机身的装配环节进行了研究.研究了胶接装配方法及其相对于传统机械连接法的优势,对胶接法的装配精度进行了分析.研究了胶接装配的各种粘接要素,并进行了分析和实验.最后对装配后的机身进行了力学和热学实验,释放了装配...     

桁架接头对遥感相机桁架的影响

桁架结构在大中型遥感相机中已被广泛应用。理想的桁架接头为铰接接头,但在实际工程应用中人们却经常采用刚性连接接头。为比较采用两种接头的桁架的整体刚度及支杆材料利用率,首先对桁架中常用的两脚架结构进行了分析。然后,以锯齿形四角架桁架为例,从理论上计算出了两种不同接头的桁架的基频及受前框自重时支杆的最大应力。结果表明,两种接头的桁架的整体刚度几乎一样,但采用铰接接头的桁架比采用刚性连接接头的桁架材料利用率高,支杆可节省重量约21.87%。最后,用Nastran软件进行了有限元分析。结果证明,该理论计算结果是正确的,两种计算结果的差别小于1.12%。     

空间相机机身桁架结构装配技术

为了提高空间相机机身的结构刚度和稳定性,本文针对机身的装配环节进行了研究,通过制定合理的装配方法和装配工艺,提高了机身的力学性能、减小了装配应力和装配变形,保证了机身结构的刚度和稳定性。文中介绍胶接装配方法及其相对于传统机械连接法的优势,对胶接法的装配精度进行了分析,并进行了装配实验。装配结果表明,胶接法的装配变形可以控制在0.01 mm以内。文中还对胶接装配的接头形式、黏接剂选用、表面处理和胶层厚度等黏接要素进行了分析和试验,制定了合理的胶接工艺保证各黏接要素符合要求。最后对装配后的机身进行了力学和热学试验,释放了装配应力,验证了机身的力学性能。结果证明采用胶接方法并按照装配工艺进行装配,更有利于减少装配应力,提高机身的装配精度和稳定性,符合机身结构的要求。     

基于SiC材料的空间相机非球面反射镜结构设计

针对空间相机中优质轻型光学反射镜对材料提出的要求,详细讨论了设计基于SiC材料空间反射镜的一系列问题,包括径厚比的选择、支撑点数量、轻量化结构形式、材料特性匹配等,提出了一种背部半封闭、三角形孔的轻量化形式,并设计制造了 Φ600 mm轻量化SiC反射镜实验件。抛光后反射镜面形精度优于λ/20 rms。为验证重力变形的影响,将反射镜分别旋转了90°和180°,用Zygo干涉仪检验,3个方向检测结果误差均小于λ/100 rms。在此基础上设计完成了某空间相机中的SiC非球面主镜、次镜、第三镜,结果表明基于SiC材料的反射镜在重力变形、谐振频率、热变形等方面均能满足使用要求,而且与玻璃材料相比,在很大程度上降低了重量。     

空间遥感相机成像单元结构设计

根据某型号空间遥感相机的技术指标要求,对成像单元进行了详细的设计与分析。首先,给出了一种小体积、轻质量、高稳定性成像单元的结构形式;其次,针对遥感相机电子学设备在轨工作的复杂工况,提出了成像单元防护性设计方法,对大功耗元器件设计了主动热控措施;最后用有限元法对成像单元进行了详细分析,分析结果表明,成像单元一阶模态为184 Hz,远大于遥感相机基频106 Hz,具有较好的动态性能;成像单元在自重、25℃工况条件下,力学及热稳定性较高。对成像单元进行了力学和热光学试验,力学试验结果表明成像单元的一阶频率为185 Hz,与理论分析结果一致性较好,热光学试验结果表明:成像单元对整机热光学性能影响很小,各项指标均满足设计要求。     

大型空间桁架面天线的结构 —电磁耦合优化设计

 由于载荷变化及各种随机干扰,大型空间桁架面天线必须保持非常精确的形状.基于提高空间天线电磁性能以及降低作动器能耗的目的,结合大型空间桁架天线结构的特点,建立了以天线轴向增益和作动器能耗为目标函数,以结构强度、作动器变形和轴力为约束条件的多目标优化模型.数值试验结果表明,结构—电磁耦合优化设计模型只需较低的作动器能耗,就能明显提高天线电性能,很好地满足了天线结构与电磁设计要求.     

空间相机桁架式支撑结构的集成优化设计

桁架式支撑结构在大中型离轴三反(TMA)空间相机中使用广泛,如何提高其动力学特性是此类相机研制过程中的关键。针对桁架结构的设计问题,提出了通过集成优化确定桁架结构动力学特性最佳位置的方法,使用实验设计的手段,对影响其动力学特性的各桁架杆位置变量进行了研究,分析了该优化问题解空间的特点;为了实现桁架结构的全局最优设计,以提高支撑结构的一阶自然频率为目标,使用多岛遗传算法(Multi-island GA)进行全局寻优求解。利用有限元分析的方法,得到该桁架经优化后的一阶自然频率107.72 Hz,较未经优化的初始结构(83.45 Hz)提升了29%,效果显著。该研究提出的集成优化模型和分析方法为此类桁架结构的设计提出了新的思路。     

空间相机用变形镜的支撑结构设计

变形镜支撑结构自身性能的优劣将直接影响变形镜的像差校正能力。给出一种空间相机用变形镜的结构,结合材料属性与加工工艺,分析了不同结构形式支撑底座的特点,发现采用碳纤维增强复合材料（CFRP）制作的实体式结构明显优于选用钛合金制作的筋板式结构,指出支撑底座材料的比刚度以及支撑底座与反射镜材料之间的线胀系数差别分别是影响变形镜自重变形和热变形的主要因素。比较了不同的支撑方案,发现采用背部三点支撑可以改善周边三点支撑时由重力因素导致的反射面边缘塌陷现象,在z向重力下面形RMS值由15.38 nm降至4.17 nm,降低了73%,且热变形更加均匀,4℃温升时的RMS值由3.68 nm降至3.22 nm,降低了12.5%,一阶频率也由1513 Hz提高至1982 Hz。这说明该变形镜结构的动、静态刚度及热稳定性均满足空间相机的应用要求。     

空间相机碳纤维支撑结构改进及拓扑优化设计

碳纤维复合材料杆件密度小、比刚度高、线胀系数小,因此,碳纤维杆件支撑结构是空间相机框架常用支撑结构.采用螺纹胶接方法对碳纤维复合材料与金属件结构预埋工艺进行了有效的改进,提高了结构固有频率6 Hz左右,有效提高了构件间的连接强度和刚度.采用拓扑优化方法对空间相机支撑结构进行优化设计,并采用有限元分析法对某型空间相机支撑结构优化设计的结果进行检验.结果表明:支撑结构在一阶固有频率提高了9.5%,为相机后续研制工作提供了一定基础.     

深空探测遥感相机支撑结构设计

支撑结构是连接卫星与相机的关键部件,在发射和在轨环绕阶段对相机提供保护和空间应用需求。深空探测器发射阶段的振动载荷高达13 g甚至更高（地球探测为8~9 g）,支撑结构既要克服剧烈振动可能造成的相机结构破坏还要保证光学系统的热稳定,具有较高的设计难度。通过分析不同支座形式的结构特点设计了刚性支座、平动支座两种不同的支座形式,从刚度和热稳定的均衡性出发将两种支座形式进行了组合设计,提出了一个刚性支座+两个平动支座的设计方案。理论分析与实验验证得到:该支撑结构的一阶频率为58 Hz,远高于整星基础频率,温降15℃仿真分析结果显示主镜偏转角为3.66,次镜及三镜相对主镜最大偏转角为7.85,均满足设计要求。振动及热平衡试验表明:相机各项指标正常。     

大型空间相机主承力板检测结构设计及误差分析

主承力板作为空间相机的核心承力部件,需要具备极高的尺寸精度和结构稳定性,常规的检测方法和装夹方式无法满足产品使用要求。根据某大口径相机主承力板的结构形式和指标要求,结合现有测量设备的容纳能力,选择了卧式放置的方式进行关键部位的平面度检测;引入准运动学支撑概念,主承力板使用3个逆Bipod支撑以避免装夹变形及装配变形,设计并制造了专用检测结构;以主承力板基准面PV值为评价指标,使用ABAQUS有限元软件和Matlab软件进行仿真计算,确定检测时的卸载力位置和大小。实验结果表明,使用检测结构得出的基准面平面度检测误差小于2 μm,提升了三坐标设备的检测能力,有广泛的应用前景。     

一种空间相机焦距的自动温度补偿系统

温度因素造成空间相机离焦,使相机的焦面不在最佳摄像范围内,为了实现焦面的自动控制,保证相机的成像质量,提出了一种空间相机焦距的自动温度补偿系统。首先,详细分析了目前相机焦面的补偿策略,针对其缺点和不足提出一种改进方法;其次,介绍了该系统的构成、设计及其工作原理;最后,对其进行了实验验证。实验结果表明:离焦量可以控制在10μm以内,焦面的调整误差不大于1.3μm,温度水平控制满足系统设计要求。提出的空间相机焦距的自动温度补偿系统可以实现自动控制相机温度水平、自动计算相机的离焦量、自动控制相机的焦面,满足相机工作时焦面处于最佳摄像范围内的要求。     

一种适于空间CCD图像压缩的SPIHT改进算法

针对传统遥感图像压缩多级树集合分裂排序(SP IHT)算法由于采用取决于图像内容的动态处理顺序而导致处理速 度缓慢这一问题,提出一种适于空间时间延时积分(TDI)CCD相机图像压缩的SPIHT改进算法 。首先,将小波变换后的图像分解成4×4块,同时对一个4×4块的 一个比特平面所有比特进行编码。为了实现并行处理机制,SPIHT改进算法重组传统SPIHT算 法的3个通道,然后采用并行和流水线作业的方式编码3个重组通道。实验结果表明,本文提 出的压缩算法可以稳定正常的 工作,具有良好压缩性能,平均信噪比(PSNR)性能与传统 方法相当,而数据吞吐率远高于传统方法。在正常100MHz时,数据 吞吐 率达到120Mpixle,大大提高压缩算法的处理速度。SPIHT改进算法 非常适合空间CCD相机图像压缩应用。     

基于改进粒子群优化算法的摄像机标定

本文在充分研究多种摄像机标定方法和粒子群优化算法（PSO）的基础上,针对传统PSO算法存在早熟和局部收敛的问题,提出了一种改进的新型粒子群优化算法在摄像机标定中的应用。该算法在基本PSO惯性权重部分加入了收缩因子,很好的改善了算法的收敛性;为了进一步提高优化的速度和可靠性,引入了多适应值函数策略。最后在OpenCV上实现了基于该改进方法的摄相机标定。实验结果表明：该摄像机标定方法有效提高了原有张正友平面标定法的标定精度,结果稳定可靠,具有一定的工程应用价值。     

基于粒子群算法的移民新村空间优化模型

移民新村空间优化是一种多目标、多维度以及多约束条件的空间优化问题,构造了基于粒子群算法的移民新村空间优化模型。根据粒子群算法原理提出空间优化策略,用最大土地资源面积和预计土地使用年限表示模型中个体粒子点和全局粒子点的定位数据,设定模型参数。模型将移民新村土地资源块状区域划分成7块,通过不断调整粒子点的运动速率,获得个体最优和全局最优的速度和定位数据组成分布规律,依次对应到块状区域内构造虚拟空间规划方案。实验结果显示,该模型提出的优化策略成本低,土地利用率高。     

空间遥感相机大口径反射镜结构优化设计

为满足大口径反射镜在复杂空间环境下对高面形精度和热稳定性的要求,针对某Φ660 mm口径反射镜进行了轻量化研究。提出了一种采用经典理论公式创建反射镜初始结构,结合灵敏度分析和参数优化进行综合设计的方法。首先构建了反射镜参数化模型,采用灵敏度分析研究镜体结构参数对面形变化的影响规律,找到对镜面面形RMS值灵敏度高的结构参数进行优化迭代。相比于传统反射镜结构设计方法,此方法缩小了优化设计空间,节约了计算成本与时间,能够在设计空间内全局寻优,较快收敛于最优值。优化后反射镜在自重载荷工况下镜面面形PV值小于λ/10,RMS值小于λ/40(λ=632.8 nm),镜体质量为13.6 kg,轻量化率达78.4%。镜体组件一阶频率为121 Hz,满足反射镜动态刚度要求,根据优化后的结果建立了反射镜的最佳结构模型,并进行了投产制造。