空间反射镜背部双脚架柔性支撑结构设计

为了满足空间反射镜温度适应性好、结构紧凑的要求,采用有限元分析方法,以超低膨胀系数玻璃空间反射镜（?355mm）为支撑对象,设计了一种背部双脚架柔性支撑结构。首先研究了双脚架支撑的基本设计原则,从自由度角度分析了双脚架支撑结构相对背部3点支撑结构的优势。然后针对支撑结构尺寸参量、柔性铰链结构尺寸参量对面型精度的影响进行了仿真分析和优化设计,提出支撑脚延长线交点位置应作为背部双脚架支撑的关键设计参量,与粘接位置分别设计。结果表明,优化设计后的背部双脚架柔性支撑结构温度适应性好,能够有效卸载温度变化引入的附加载荷,同时具有较好的支撑效果和动态刚度;反射镜支撑后面形精度均方根值为3.68nm,组件的1阶频率达到123.41Hz,满足设计要求。该研究对未来背部双脚架支撑结构设计具有借鉴意义。     

某空间反射镜支撑装调技术

为了降低反射镜支撑装调对反射镜面形精度的影响,文中针对某空间相机的反射镜组件,设计了一种带有柔性环节的反射镜支撑方式,制定了反射镜组件的装调方法及路线。通过计算给出了反射镜粘结胶层厚度、粘结区域、柔性铰链等参数,并对反射镜组件进行了重力和5 ℃温变共同作用下的有限元分析。最后,根据装调工艺对反射镜组件进行粘胶、固化处理,并通过反射镜组件力学试验和热真空试验对装调方法进行验证。试验结果表明:力学和热真空环境下反射镜粘胶没有破坏,该反射镜组件的面形精度优于1/50 。验证了反射镜支撑方案以及装调方法的有效性。     

大口径空间反射镜轻量化设计及其柔性支撑

设计了空间相机1.5 m口径反射镜组件的结构系统。首先,根据反射镜材料选取原则,选用SiC作为反射镜镜坯材料。初步确定了反射镜支撑方式、镜体结构参数,并对反射镜进行轻量化设计。通过对反射镜结构参数进行优化,得到重为152.4 kg的反射镜结构,轻量化率达到83%。然后,设计了一种双轴柔性铰链结构,并找出了在装调方向柔性铰链安装位置对面形精度的影响规律,利用有限元法对反射镜组件进行了动、静态特性及热特性分析,结果表明,反射镜组件一阶固有频率为100.6 Hz,在1 g重力及4 ℃均匀温升工况下反射镜面形精度RMS值分别为7.7 nm和8.4 nm。最后,对反射镜组件进行动力学试验及面形精度检测,结果表明反射镜组件完全满足设计指标要求。     

柔性支撑式空间反射镜胶接应力分析与消除

空间光学遥感器不断朝着更高轻量化率的方向发展,传统的装框支撑难以满足系统要求。基于运动学原理的Bipod柔性支撑结构具有良好的力热环境适应能力,在空间光学遥感器的反射镜支撑中得到越来越多的应用。为了有效卸载装配应力,Bipod柔性支撑结构一般通过光学胶与反射镜进行连接,但是光学胶在固化过程中不可避免地存在收缩应力。此外,环境温度的波动以及热真空试验也有可能导致胶接应力的变化,严重时会对反射镜面形造成不利影响。文中针对某Bipod柔性支撑式次镜组件,分析了胶缩对面形的影响,并针对真空放气试验后的面形下降问题,采用消应力与热浸泡相结合的方式有效解决了面形下降的问题,为该类光学胶的空间环境应用提供技术支撑。     

空间遥感器长条形反射镜背部支撑技术

从反射镜及其支撑结构的材料选择、反射镜的轻量化设计以及支撑结构设计三个方面对某空间遥感器长条形反射镜进行了详细的设计。反射镜采用底面开口、三角形加强筋的轻量化形式和背部6点柔性支撑结构。通过有限元分析确定了柔性支撑结构的参数。最后通过力学环境试验测试了反射镜组件模拟件的力学特性。结果表明,该结构满足设计要求。     

长条形空间反射镜轻量化及其支撑结构设计

为保证空间反射镜在空间应用环境中保持高位置精度和面形精度,实现良好成像,从结构材料的选择、反射镜轻量化设计及支撑结构设计三个方面对某长条形空间反射镜进行了详细的结构设计。提出了一种底面局部开口、三角形加强筋的轻量化形式,反射镜采用背部三点支撑方案,通过合理设计柔性支撑结构参数,使反射镜保证了高刚度和热尺寸稳定性要求。采用有限元法对反射镜系统进行了静、动态特性和热特性分析。分析结果表明:自重及5 ℃均匀温变载荷工况下,反射镜面形精度达到λ/10 PV,λ/50 RMS（λ=632.8 nm）;反射镜组件一阶固有频率230 Hz,具有足够高的动静态刚度和热尺寸稳定性,满足空间应用要求。     

长条形扫描反射镜的柔性支撑

为适应复杂的工作环境,提高反射镜的面形精度,设计了基于柔性支撑的RB-SiC材料长条形扫描反射镜。采用三角形单元和四边形单元相结合的背部开放式结构,对扫描反射镜进行了轻量化设计;通过分析支撑点跨距对反射镜变形的影响,对支撑点位置进行了优化设计;设计了万向柔性支撑的结构形式,消除装调和环境变化产生的残余应力;利用有限单元法建立了扫描反射镜组件的模型,计算后面形精度可达到0.023;采用自准值法,利用ZyGo干涉仪对反射镜的面形精度进行了测量,测量结果显示扫描反射镜的面形RMS值达到0.029。通过模拟无穷远处动静态目标进行了静动态成像试验,成像质量一致,通过飞行试验对地面目标进行了拍摄,扫描反射镜动态成像稳定,所获得的图像质量良好。     

空间相机快速反射镜的两轴柔性支撑结构设计

快速反射镜是空间相机中常用的像移补偿装置,而支撑结构的机械特性将直接影响快速反射镜系统的响应速度及闭环带宽。以某近地轨道空间相机中的音圈电机驱动型快速反射镜为研究对象,设计了基于十字型柔性铰链的两轴柔性支撑结构,该结构具有空间利用率高、中心漂移小等优点。根据悬臂梁的挠曲线近似微分方程,建立了柔性支撑结构两轴转动刚度的数学模型,针对快速反射镜机构的谐振频率要求,选择了柔性铰链的主要结构参数,并利用有限元软件MSC.Patran对机构进行了模态分析,分析结果表明,快速反射镜机构在两个工作方向上的谐振频率分别为18.6 Hz和18.7 Hz,而其他非工作方向上的谐振频率均在292.2 Hz以上,证明了柔性铰链结构参数的选择具有合理性。为了检验理论模型的准确性,加工了快速反射镜的样机并搭建实验平台,对机构的转动刚度和谐振频率进行了检测,检测结果与理论分析得到的结果在允许的误差范围内具有一致性。     

单反式光端机反射镜柔性支撑参数化设计与试验

为保证单反式光端机指向捕获跟踪(Pointing, acquisition and tracking, PAT)时反射镜在恶劣空间环境下的面形精度,设计了一种底面开槽的柔性支撑结构。由于柔性支撑结构参数较多,为避免各参数之间严重耦合,采用正交优化方法对柔性支撑结构进行参数优化设计,再利用有限元方法对反射镜组件进行热力学特性分析。仿真分析结果表明,反射镜组件一阶频率为352.61 Hz,在1g重力和10℃温升(温降)共同作用下的最大面形误差RMS为λ/54.79(λ=623.8 nm),能够满足动、静态刚度和热尺寸稳定性要求。使用ZYGO干涉仪在(20±10)℃温度范围内对反射镜面形进行检测,结果表明,反射镜面形PV值优于λ/6,RMS优于λ/43,满足RMS≤λ/40的指标要求。实验结果表明,柔性支撑参数设计可靠,满足使用要求。     

空间反射镜的轻量化及支撑设计研究

大型空间遥感仪器为适应苛刻的发射和工作环境,通常要求具有很高的热、力学性能,并且对重量有严格限制。这对大口径反射镜及其支撑结构的质量、刚度和环境适应性提出了很高的要求。针对某型号620 mm口径光学遥感仪器的主镜及支撑结构进行了详细的分析计算、设计和试验验证。通过对比多种支撑方式的不同特性,选择了符合仪器要求的质量轻、刚度高的中心支撑;并利用等强度原理设计了放射状轻量化形式;在支撑环节上,利用柔性材料解决了因温度变化产生的局 部接触应力增加的问题,有效减小了结构对光学镜面的影响。经测试反射镜重15.2 kg,轻量化率71.2%,支撑零件3.5 kg;组件一阶模态420 Hz;面形精度优于0.03 RMS,满足仪器要求。目前该仪器已投入使用,在轨性能良好。     

空间遥感器长条形平面镜的背部支撑技术

某空间遥感器的大长宽比长条形平面镜的要求是在尽量减小重量的前提下,在工作温度为20±5℃条件下,反射镜的面形误差变化量(Root Mean Square, RMS)值小于λ/50 (λ=632.8 nm)。介绍了反射镜材料和支撑结构材料的选择;对反射镜的轻量化及支撑方式进行了分析。根据反射镜的外形特点,增加了镜背的局部宽度,并将其设计成了背部三点支撑形式。通过有限元分析,优化并确定了反射镜及其柔性支撑结构。反射镜位移及面形的分析结果满足设计指标要求。最后,通过力学环境试验测试了反射镜组件模拟件的力学特性,证明该结构能满足设计要求。     

空间遥感器反射镜组件的微应力装配技术

讨论了某型号空间遥感器主镜组件的微应力装配技术。在镜面被加工到面形RMS值为λ/10(λ=632.8nm)时进行组件装配。为了尽量减小装配应力对镜面精度的影响,分析了主镜镜面的受力情况,并设计了组件装配流程及装配调整装置。装配后对面形进行了测试与检验,面形数值没有发生变化。最后通过力学环境试验和真空热循环试验进行了验证。结果表明,该装配技术满足设计及使用要求。     

空间遥感器反射镜组件的稳定性研究

空间遥感器反射镜组件的稳定性是影响光学系统成像质量的重要因素.以某型号空间遥感器的反射镜为例,分析了研制过程中影响其稳定性的主要因素,包括支撑结构、装配应力、胶层厚度及固化和温度变化.结合实际研制过程,针对这四个主要因素提出了相应的解决方法,即设计反射镜的柔性支撑结构、设计反射镜组件的微应力装配工艺及调整装置、设计合理的胶层厚度及固化工艺和设定温度及其变化范围.最后进行了力学环境试验、真空热循环试验和温度试验.结果表明,这些方法能够有效保证反射镜组件的稳定性.     

长焦距空间遥感器支撑结构设计研究

为了提高分辨力,空间遥感器采用长焦距和较大的光学孔径是必然的选择。但随着焦距增大,给遥感器支撑结构设计带来了困难。必须通过合理的支撑结构设计,才能保证其光学系统在发射的动力学过程中、空间工作环境下和一定热环境下具有较高的尺寸稳定性。本文对采用卡式光学系统的长焦距空间遥感器主要支撑结构进行了研究。工程分析表明,遥感器的支撑结构很好地保证了空间遥感器的工作稳定性,而其支撑件自身在一定的动态环境下不会破坏。     

小型轻质长条反射镜挠性支撑方案研究

光学反射镜支撑结构良好的尺寸稳定性是保证其成像的关键因素,对小型轻质长条反射镜来说,反射镜自身的特点是长宽比较大,不利于支撑的展开,这必然会给反射镜的支撑结构设计带来困难。针对这种情况,本文对某型反射镜的支撑进行了研究,提出了单点挠性的概念,并对具体结构进行了细致的研究。工程分析表明,这种支撑可以很好地保证反射镜在静力学、热环境下镜面具有较高成像质量,而其支撑自身在一定的动态环境下不会破坏。这种支撑结构不仅具有静态、动态的尺寸稳定性,而且重量较轻,适合小型空间遥感器使用。     

空间反射镜支撑结构研究概述

随着我国遥感卫星和空间光学的发展,星载遥感器的分辨率越来越高,光学系统的主反射镜口径越来越大,其结构形式、镜体质量、支撑安装方式和温度环境都将直接影响整个系统的成像质量。本文探讨了空间反射镜支撑结构的设计,着重解决反射镜自重引起的变形问题、反射镜和支撑结构线膨胀系数不同引起的应力及变形问题, 保证反射镜的冷却和温度均匀性,保证光学系统的像质始终满足设计要求和使用要求。     

空间遥感器两维扫描指向镜的轻量化设计及应用

论述了空间遥感器中两维扫描指向镜的轻量化设计应注意的主要问题,并给出了扫描指向镜的轻量化设计的应用实例,利用有限元软件,结合设计指标,对其进行了光、机、热综合分析.     

铝基复合材料结构遥感器设计分析

空间遥感器光学反射镜的高刚度、支撑结构的合理性以及良好的热尺寸稳定性是保证其成像的关键因素。遥感器的重量对于运载平台也是至关重要的。针对这些问题,提出一种支撑杆的连接方式,能够减轻遥感器的重量。反射镜和背板采用高体份铝基复合材料,不仅保证高度、强度,而且因采用同一种材料从而避免了热环境对遥感器结构变形的影响。通过采用有限元仿真分析,在重力和10°温升情况下各反射镜的面形PV值〈55nm,满足〈1/10λ（λ=632.8nm）指标要求,整个结构的前三阶模态为115Hz,120Hz,203Hz。结果表明,采用支撑杆以及铝基复合材料的遥感器结构能够满足空间环境要求,为进一步工程应用提供了理论依据。     

遥感仪器光学系统用非球面反射镜的支撑结构设计

目前空间遥感仪器的非球面反射镜一般都是用支撑柔性结构加背板的支撑结构支撑的。由于支撑结构的质量占有较大比重,需要简化支撑结构的形式,降低支撑结构的质量。依据三点定位原理和双脚架挠性结构,设计了3个用于简化反射镜支撑结构形式的柔性铰链结构,并采用有限元软件对设计结果进行了分析。结果表明,这种支撑结构形式可以适应空间力热环境并能达到精度要求,实现了对大口径非球面反射镜的支撑。该支撑结构去除了传统结构中的反射镜背板,简化了支撑结构的形式,减小了支撑结构的质量,降低了组件加工和装配工艺的难度。