硅铝合金焊接结构在空间相机中的应用

作为空间相机的一个关键部件,机身结构对保证相机正常工作至关重要。按照光学设计和卫星的要求,完成了机身结构的设计工作,选择高体份硅铝合金材料生产机身,选择焊接方式成型机身。通过有限元分析,计算了机身的静态和动态力学性能,证明了机身结构设计的合理性。计算了焊接应力的大小,证明焊接应力不会影响到机身结构的稳定性。最后,对机身结构进行了力学和热学试验,验证了机身的力学性能和稳定性。结果证明,高分辨率空间光学相机的机身结构可以使用高体份硅铝合金以焊接方式制造。     

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...     

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。     

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。     

空间相机碳纤维承载舱的动态设计

为了满足空间相机在装星时的空间位置要求,并避免空间相机与星体之间的共振,设计了空间相机的承载舱。该设计采用了具有优良力学与工艺性能的碳纤维材料以及具有合理拓扑形式的桁架结构。采用计算机仿真试验和三次样条插值法对承载舱的杆截面尺寸进行了优化。结果表明,当杆截面尺寸为28 mm×28 mm×3 mm时,承载舱的动态特性和整体质量满足设计要求。     

空间相机大型轻质框架的选型与设计

针对某空间相机的光学设计结果,基于不同材料的机械加工特性,设计了几种结构形式的框架并进行了选型。采用有限元法对各框架的谐振频率进行了分析,对框架的经济性也进行了分析,最终确定了框架的结构形式。选定的框架为全桁架杆结构,重量为57 kg,一阶谐振频率为90.4 Hz。框架组件的力学试验验证表明,其一阶谐振频率为88.7 Hz。分析和试验结果均表明,该框架能够满足设计要求。     

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%。     

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。     

基于Rayleigh算法的空间相机桁架结构设计与优化

为了满足空间相机主支撑结构在强度、刚度和稳定性等方面的要求,根据能量守恒原理,采用基于Rayleigh算法的单位力法,推导了空间相机三角形桁架单元的频率计算公式,研究了桁架杆间夹角对相机主支撑结构频率的影响。以某种桁架式空间相机为例,结合有限元方法对理论计算结果进行了分析验证,并以此为基础对相机的桁架结构进行了优化。结果表明:优化后的相机结构较原方案在X和Y向的频率分别提高了18.01 Hz和27.38 Hz,增加了相机结构刚度,为以后的空间相机主支撑结构设计提供了重要依据。     

调制传递函数在光学相机支撑设计中的应用

为指导遥感相机主次镜支撑桁架的设计,以满足整系统调制传递函数(MTF)为目标,分析系统各环节MTF对整机的影响,确定以光学衍射限传递函数为约束设计系统主体支撑结构。由在轨产品的实测MTF及装调、电子学的传递函数因子推出杆支撑条件下的光学衍射限传递函数最小值,指出光学软件不能全面评价遮拦对光学衍射限传递函数的影响,确定以光瞳函数计算不同遮拦时光学系统衍射限传递函数,得出三杆时杆直径最大为38mm,四杆时杆直径最大为26mm的遮拦分布。通过有限元计算两种结构布局下杆不同壁厚的系统静载变形及模态频率,认为直径26mm、壁厚4mm的四杆结构,支撑结构质量从现有40kg减至4kg,静载变形水平放置25μm、竖直放置0.85μm,系统基频98.9Hz,一阶扭转频率183Hz,满足卫星载荷设计要求。     

空间桁架横梁分布式光纤变形监测与误差修正

空间桁架结构是一种具有低频、密模、非线性等复杂动力学特征的大型挠性空间结构,针对此类结构服役状态的智能辨识对于目前开展高轨深空探测研究具有重要意义。为此,该文提出了一种基于分布式光纤光栅传感技术的空间桁架横梁结构变形监测与反演方法。借助ANASYS有限元分析法,数值模拟得到横梁结构在不同载荷作用下的应变、位移分布特征,研究了基于位移算法的桁架横梁结构变形反演算法,计算得到空间桁架结构不同位置的挠度信息。在此基础上,构建了单边固支桁架横梁分布式光纤变形监测与反演系统,平均相对误差约为2.4%。最后,提出了一种用于横梁结构变形反演精度提升的误差分离修正方法,修正后平均相对误差下降了41.7%。研究结果表明,该文所提方法具有精度高,实时性好等优点,能为及时准确获取空间桁架结构展开形态,实现桁架形态自适应调节与主动控制提供有力保障。     

空间相机大口径反射镜轻量化技术及应用

空间相机反射镜尺寸和质量对系统的光学性能、机械性能和热稳定性等具有重要影响,因此对其进行轻量化设计具有重要意义。文中从材料的选择、背部基体形状、轻量化孔形式、支撑方式对某空间大口径反射镜进行了详细的结构设计,采用理论论述与有限元分析相结合的方法,提出了一种背部开放式、三角形孔的轻量化结构形式,通过合理设计反射镜支撑点数目和位置,使反射镜组件在重力工况下,镜面面形精度达到成像质量要求,即PV值不大于63.2 nm。     

空间相机波像差灵敏度及集成仿真方法

针对一种空间相机新型单杆主承力结构,采用波像差灵敏度模型和集成仿真分析两种方法,实现光机结构轻量化设计过程中的系统波像差评价,以保证在力学条件下的成像质量。所提出的波像差灵敏度方法能够基于波像差与失调量的线性关系进行构建,对于以相机成像质量为约束条件指导光机结构的优化设计具有重要意义。首先,基于光学系统的失调原理,推导了光学元件失调量与系统波像差的灵敏度模型。然后,采用有限元方法获取力学工况下的节点位移量,并基于最佳拟合（best-fit）方法计算主、次镜的失调量,对失调后的系统进行光学分析得到系统的波像差。最后,针对5 kg级空间光学相机,采用所提出的两种方法进行了建模与分析,并开展了相应的重力工况分析与试验。灵敏度分析方法相对于光机集成软件仿真方法误差为16.8%,所提出的方法能够应用于设计阶段对系统成像性能的快速评估。     

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。     

空间相机空间环境专项试验设计

为了确保空间相机在整个生存周期可靠地工作,根据空间环境的特点及空间相机的特性,提出了仿真空间相机空间环境的专项试验设计方案.方案包括光学性能验证试验,MTF性能测试,热真空环境下的温度调焦系数专项试验,考察碳纤维复合材料稳定性的结构性能验证试验,验证电子元器件是否满足相机功能和性能要求的电子学性能专项试验,验证活动机构...