大口径空间反射镜大容差支撑结构设计与优化

针对传统反射镜无法消除加工及装配应力,长期使用后面形精度下降不能满足使用要求的问题,提出了一种高稳定性空间反射镜支撑结构的解决方案,进行了具有大容差特性的1.5m口径高精度空间反射镜工程化研究和创制。依据经验和理论,完成了初始反射镜组件构型,反射镜的材料选用RB-SiC,采用三角形背部半开口反射镜轻量化形式和背部三点膜片型柔性支撑结构。以装配误差0.01mm的9种工况下反射镜的面形RMS变化量最小为目标,利用isight软件对反射镜支撑结构的主要尺寸进行了优化设计。最终完成了轻量化率为82.1%,组件质量为170.23kg的反射镜的研制。试验结果表明:反射镜在1 g重力作用下,面形精度RMS优于0.016λ(λ=632.8nm);加入0.02mm强迫位移模拟装配误差,面形RMS仍然为0.016λ;在20℃±5℃温变环境下,面形RMS变化量在0.002λ范围内;组件一阶固有频率为101.3Hz。反射镜组件静态刚度、动态刚度、面形精度以及环境适应性满足空间工程应用要求。     

新型轻质大口径空间反射镜支撑设计

摘要：随着空间反射镜口径的增大,光学系统总质量随之剧增,这与当前光学遥感器轻小型化的发展趋势相矛盾。为了更好的满足空间光学遥感器发展的需要,文章从主反射镜组件的轻质化设计入手,从结构材料热匹配的设计、主镜轻量化形式的确定以及支撑结构的合理设计三个角度系统地进行了一体化结构—热设计。针对某型卡塞格林系统Φ630mm口径主镜进行了轻质化设计,三点为主多点为辅的支撑方案在保持组件结构刚度满足力学要求的同时,使反射镜具有良好的热尺寸稳定性。在综合考虑加工和工作状态后,最终确定了一种满足设计要求的整体优选方案,经最终分析计算确认,主镜组件镜面综合面形误差PV值均小于λ/10,各项指标完全满足光学系统对主反射镜的设计要求。     

车载大口径刚性支撑式快速反射镜

为了适应车载平台恶劣的工作环境,设计了一种大口径刚性支撑式快速反射镜。针对车载跟瞄转台对快速反射镜的应用需求选择音圈电机为驱动器,并分别设计了快速反射镜系统的平面反射镜、驱动器、支撑基座、测量元件和机械结构。然后,应用有限元分析方法,有效地实现了平面反射镜的轻量化及支撑基座的模态分析。快速反射镜通过球型铰链实现其运动部分与不动部分的连接,主要载荷通过铰链由支撑基座间接承载,从而有效地保障了大口径快速反射镜的承载能力和环境适应性。最后,组建了伺服控制系统,并对控制带宽和指向精度进行了测试。结果显示:所设计的车载大口径快速反射镜带宽达67Hz,方位指向精度为1.0″、俯仰指向精度为1.1″,表明控制系统稳定实用,满足车载平台的应用要求。     

大口径反射镜下倾状态支撑结构的研究

大口径反射镜一般工作在上仰状态或者竖直状态,这两种状态下的支撑方式都比较成熟;而在工作于下倾状态时,底支撑结构与前两种状态相比要复杂的多。在分析比较了多种结构方案的基础上,提出了较为可行的两种支撑方案,滑轮重锤方案和杠杆重锤方案;并对两种方案进行比较,选择了最适合的杠杆重锤方案应用在口径1.5m球面反射镜的支撑系统中。通过ansys有限元分析软件对支撑点进行优化,采用拟合方法计算镜面不同支撑状态受力变形条件下的PV值和RMS值,满足设计要求,达到了较高精度。实际应用状态下镜面检验结果满足设计要求,验证了设计方案的合理性和可行性。     

大口径反射光学系统装调装置设计研究

提出了一种应用于大口径、长焦距反射光学系统的光学件装调装置的设计方案,并进行了研制和应用.该设计方案采用具6自由度的装调装置.通过对该装置的精度、稳定性、灵敏度的测试和实验应用,能够满足光学系统装调的需要,可以看出该装置是该光学系统装调不可缺少的设备,结果表明对光学系统的像质影响很小.因此,通过精密的调整机构来完成6个自由度调整显得尤为重要.本文从满足装调精度要求的角度出发,对该装置的组成、工作原理、系统布置进行详细介绍.     

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。     

大口径光学透镜的双级柔性支撑结构设计

为了解决大视场巡天望远镜中大口径透镜支撑问题,提出了一种双级柔性支撑结构,既可以保证透镜位置精度和面形精度,又能够克服镜框结构弹性变形的影响.首先,详细阐述了大口径光学透镜支撑结构设计中的难点及所提出的双级柔性支撑结构方案,并详述了该支撑结构克服镜框弹性变形的机理和优势.然后,根据双级柔性支撑结构的组成部分以及结构特征...     

空间大口径单体反射镜计量卸荷支撑研制中的关键技术

通过对空间大口径单体反射镜支撑技术发展现状及发展趋势的调研,总结了当前大口径单体空间反射镜支撑技术中较为成熟的技术路线。在此技术路线中,计量卸荷支撑是必须要攻克的一项核心难题。本文介绍了计量卸荷支撑的概念,并针对计量卸荷支撑研制过程中的关键技术进行了深入的讨论,包括支撑点数量、位置及支撑力大小的确定方法,支撑力执行单元的方案设计以及计量卸荷精度的保证方法等;通过对计量卸荷支撑研制过程中关键技术的总结,期望对我国空间大口径单体反射镜的研制提供借鉴意义。     

空间遥感器大口径反射镜的复合支撑结构

针对空间遥感器反射镜对支撑功能的需求,设计了一种应用于空间领域的大口径反射镜复合支撑结构。该复合支撑结构包括A框加切向拉杆的周边支撑和3组whiffletree结构组成的背部支撑。研究了复合支撑的支撑原理和工程实现。基于功能分配和指标分配的理念设计了复合支撑结构。采用有限元分析的手段对设计结果进行了静力学和动力学仿真验证,然后对实际的支撑系统进行了相关的试验测试。试验结果表明,采用复合支撑的反射镜组件在工作状态下的面形精度优于λ/50(λ=632.8nm),镜体刚体位移小于0.01mm,镜体转角小于2″,质量小于50kg。整个组件模态分布合理,基频为161Hz,远高于设计要求的120Hz。各项仿真和测试结果均表明该复合支撑效果良好,满足空间遥感器对可靠性和稳定性的需求。     

大口径离轴长条形反射镜的检测支撑机构

针对大口径离轴长条形反射镜光轴水平向检测的需要,设计了一套检测支撑结构。优化了结构参数,实现了由支撑结构引起的镜面面形误差最小化。通过比较长条形反射镜光轴水平向检测支撑的级联多点支撑结构,选择了结构简单、扩展性和调整性优良的两点单层固定支撑结构。利用集成仿真与优化方法,分析计算反射镜镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势,确定了最优支撑间隔。最后,利用干涉仪结合补偿器的检测方式,对不同支撑间隔工况下镜面面形进行检测,验证了仿真分析的可靠性。结果表明:在支撑间隔为564mm时,由检测支撑引起的镜面面形误差最小(RMS=8.26nm),干涉检测得到的镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势与仿真得到的趋势相符,仿真结果可靠性高。提出的方法可实施性好,可推广到其他大口径离轴长条形反射镜的设计和检测中,为离轴三反(TMA)相机的设计提供技术基础。     

基于变密度法的大型天线系统支撑结构优化设计

大型天线支撑结构的合理设计对满足系统刚强度、轴系精度具有十分重要的意义。基于变密度法的拓扑优化方法根据约束条件和目标函数确定结构内材料最优分布,是合理进行支撑结构内部加强筋设计的一种行之有效方法。推导了以位移为约束,结构质量为优化目标变密度拓扑优化模型;针对某大型天线系统的支撑结构原设计方案中质量较大、结构内加强筋设计不合理出现局部应力集中等问题,设计该结构的三维拓扑优化域,运用该模型以天线系统允许的最小变形为约束条件,以质量最轻为目标进行三维支撑结构的拓扑优化设计,结合载荷传递路径,提出大型天线系统支撑结构内部加强筋设计方案,并采用尺寸优化方法对支撑结构外表面的上支架、底座等位置的板筋厚度进行优化,确定了支撑结构的最终优化方案。经验证,该结构在原方案的基础上减重12.5%,且有效地改善了力传递特性,消除了应力集中现象。     

一种大口径反射式非球面光学系统的装校方法

叙述了一种大口径反射式非球面光学系统的装校方法。同时，对非球面主反射镜的单独装配检验也作了简要叙述。     

大口径拼接式合成孔径光学系统设计

在三反消像散系统基础上,介绍了一种大视场长焦子孔径合成光学成像系统的设计方法。在对子出瞳波前利用菲涅尔衍射直接积分叠加的基础上进行像质评估,以实现对拼接镜面的全面仿真和分析;用非序列面误差分析和分配的结果修改初始结构;通过高次曲面平衡象差,并在结构优化时使用较小F数的系统,增加结构对子镜的失调的误差冗余度,迭代完成系统的最终设计。设计了一个同轴三反子孔径合成光学成像系统,焦距44m,f/8,7子镜拼接,视场角达0.6°×0.06°,通过不断迭代,获得了较好的结构和成像质量。     

基于相位恢复技术的大型光学镜面面形在位检测技术

根据目前大镜加工在位检测的需求和面临的困难,把基于衍射图像检测的相位恢复技术应用到大镜面形的在位检测,建立大镜加工在位检测系统.对影响测量系统精度的主要因素以及系统的抗振动性能进行了分析和仿真,结果表明该测量系统具有较好的抗振动能力,精度接近标准球面波光源的精度.基于GS迭代算法开发了测量软件,对( 500 mm球面镜进行在位测量.把相位恢复测量结果与高精度的ZYGO干涉仪测量结果进行比较分析,结果表明在面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和方均根值(RMS)上,两者具有较高程度的一致性,这说明相位恢复测量方法的可行性和准确性.由该方法构成的在位测量系统具有光路简单、精度较高、抗振动能力强和操作简单等特点,完全满足大镜的在位测量需求.     

光学镜头机械结构参数化设计系统的开发

介绍了一个光学镜头机械结构参数化设计系统,对系统的结构组成及功能,系统的程序设计方法作了详细论述,并通过界面编制,说明了系统的主要工作过程。该系统的实现对CAD技术在光学镜头结构设计方面的应用及高层次的研究具有理论指导意义及实用价值。     

大口径光学系统高精度对心方法的研究

介绍一种大口径光学系统各分立元件的对心方法,它利用干涉的原理,对心精度可达１μｍ。     

大口径光学系统高精度对心方法的研究

介绍一种大口径光学系统各分立元件的对心方法,它利用干涉的原理,对心精度可达1μm.     

大口径透镜凸面零检验的补偿器设计

根据三级像差理论，推导学透镜补偿器在检验光路中几种形式下的初始结构参数计算公式，并给出设计实例。     

大型机动式米波雷达结构总体设计探讨

大型机动式米波雷达天线尺寸较大,运输单元众多,不易保证较高的机动性能。对机动式米波雷达总体设计进行了探讨,主要解决抗倾覆性设计、机动架设设计、天线的轻型化设计、安全性设计和密封防护设计,合理解决这些技术难题是设计成功的关键。     

复杂光学系统初始结构的求解方法及程序设计

本文叙述了复杂光学系统初始结构求解的重要性,介绍了求解思想,以及程序的设计和用法,并以两个典型实例证明了这种方法的有效性。