空间光学遥感器柔性支撑结构设计

为了在保证空间遥感器系统结构刚度的同时,使结构具有良好的热尺寸稳定性,设计了一种应用于空间光学遥感器的正交双向柔性支撑结构,有效解决了影响反射镜成像质量的力和热两个关键环境约束之间的矛盾,从而保持光学系统组件的有效位置,为遥感器能达到良好的成像质量提供了保证.对柔性铰链结构参数进行分析,并对铰链结构进行设计和性能的有限元仿真分析.结果表明,柔性支撑结构在力和热两种主要环境约束下能有效地保持结构的稳定性.     

空间遥感器反射镜组件的设计与有限元分析

针对某空间遥感器反射镜的设计指标要求,分析并优化了反射镜的支撑形式和结构参数,得到了质量为23.7kg,轻量化率达到76.2%的反射镜结构。在反射镜基本构型确定的基础上,设计了镜体的支撑结构,通过合理设计柔性卸载结构满足了反射镜结构系统的动静态刚度和热尺寸稳定性要求。采用有限元软件ABAQUS对反射镜组件进行了精确有限元分析,分析结果表明,在1g重力作用下反射镜的面形精度RMS达到3.66nm,在4℃均匀温升载荷作用下反射镜的面形精度RMS达到4.16nm,在1g重力和4℃均匀温升载荷耦合作用下反射镜的面形精度RMS达到5.51nm,反射镜组件的一阶固有频率为137.51Hz。得到的结果显示该反射镜组件完全满足设计指标要求。     

空间相机反射镜支撑结构的设计与分析

利用有限元法对反射镜组件在自重和均匀温升作用下的面形精度进行了计算,分析结果预示最初的模型不能满足设计要求.为了提高反射镜的面形精度,把增加支撑结构的柔性作为修改方向,经过计算确定柔性结构设计变量L为3mm时的结构方案能够满足反射镜的面形精度要求.同时为了校核这个结构的强度和刚度,对工为3mm时的结构进行了模态分析和在预示载荷作用下的频率响应分析和准静态分析,结果表明,该方案完全能够满足整个结构的刚度和强度设计要求,从而为空间相机的设计提供了有利依据,同样为其他空间相机反射镜支撑的设计提供了参考.     

长条形空间反射镜镜体及其支撑结构设计

为了满足长条形空间反射镜的设计要求,从结构材料的选择、镜厚比确定、支撑方式与最佳支撑点位置的选择以及镜体轻量化等方面进行了详细的镜体结构设计。设计了一种空间反射镜柔性支撑结构,以满足温度载荷与装配误差0.05mm工况下镜体面形精度的要求。利用有限元分析软件对反射镜组件进行分析,反射镜组件在Z向1g重力、4℃温升以及0.05mm强制位移三种工况耦合作用下的面形误差峰谷值PV为20.5nm,均方根值RMS为4.75nm,优于PV值小于λ10,RMS值小于λ50的设计指标。组件一阶频率141.83Hz,满足动态刚度要求。组件分析结果表明,反射镜及其支撑结构设计合理,满足空间应用要求。     

中心支撑式铝合金反射镜组件优化设计

为了满足光学系统在复杂环境下具备高成像质量的要求,结合有限元手段和优化方法,设计了一种具有柔性环节的中心支撑反射镜组件结构。首先,从反射镜组件的材料选取入手,结合反射镜组件结构包络要求及理论计算结果,完成反射镜组件初始结构设计;其次,利用有限元方法,对反射镜组件模态和面形精度展开研究;最后,利用优化方法,以反射镜组件柔性槽尺寸及反射镜背部支撑厚度为设计变量,以反射镜组件一阶频率和镜面面形为优化目标,对反射镜组件初始结构进行优化设计。结果表明:优化后反射镜镜组件一阶频率为230.1 Hz;多工况下,反射镜反射面面形优于1/55λ(λ=632.8 nm),满足结构设计要求,可为成像光学系统反射镜结构设计提供参考。     

快中子照相CCD成像系统反射镜组件设计

基于反射镜组件的刚度、强度和热尺寸稳定性,采用背部4点支撑方案设计了反射镜组件。对反射镜组件进行的静、动态刚度及热尺寸稳定性分析结果表明,反射镜在重力载荷和4℃温升载荷及温度和重力耦合变形下,面形精度达到PV≤λ/10,RMS≤λ/50(λ=400nm)。模态分析结果证明该结构有足够的动态刚度。     

一种基于有限元分析的柔性支撑结构设计

为了满足反射镜较高的面形精度要求,提出了一种基于有限元分析的柔性支撑结构.首先根据反射镜的设计要求确定柔性支撑的结构形式,然后利用有限元分析软件对反射镜组件进行网格划分并提交运算.分析结果表明,当柔性支撑中镶嵌件膜片厚度为1.5mm、柔性杆十字槽厚度为4mm时,反射镜组件的一阶谐振频率达到206Hz,在1g重力作用下镜面综合面形误差RMS值分别达到2.5nm、4.4m、25.3nm,在1g量力和4℃温升共同作用下镜面综合面形误差RMS值分别达到15.2nm、17.7nm、28.5nm,各项指标均满足设计要求.动力学响应分析表明,柔性支撑具有较强的抗振能力.     

微小卫星激光通信粗跟机构设计与分析

针对微小卫星星间激光通信任务中快速、精确、稳定地捕获跟踪要求、卫星发射阶段严酷的力学环境以及严苛的重量尺寸限制,设计了一种适合微小卫星搭载的共口径收发二维粗跟机构。首先,由轴系支撑理论总结了精密轴系的设计原则,完成了结构设计,然后通过赫兹接触理论计算出过盈配合和预载荷作用下的轴承刚度,最后利用有限元分析方法分析了粗跟机构的力学特性。分析结果表明粗跟机构谐振频率满足卫星发射要求。结构设计具有结构紧凑、质量轻的特点,满足外包络尺寸、重量限制,轴系刚度设计合理。     

一种空间遥感器反射镜柔性支撑结构

设计了刚度高、热适应强的反射镜柔性支撑结构。通过有限元模型分析,该支撑结构中的反射镜在±10℃的环境温度变化下,其反射镜面形精度RMS值达到1/50λ(λ=632.8nm)。     

基于拓扑优化的新型装配式开洞墙体设计

为了得到一种受力较为合理的装配式钢结构开洞墙体设计,在三种工况荷载作用下首先通过拓扑优化设计,给出材料分配较为合理的新型结构形式,然后通过尺寸设计,得到受力比较均匀的构件形式以及尺寸,最后通过屈曲分析,保证开洞墙体的稳定性.最终得到的新型开洞墙体的结构满足刚度、强度及稳定性的要求并具有较好的抗震性能.     

绳索-金属丝网组合结构力热匹配设计

网状可展开天线反射面是由柔性绳索与金属丝网缝制而成的．由于不同材料力热差异引起金属丝网与纤维绳索变形不协调,影响了绳索金属丝网组合结构的预应力分布与形面精度,降低了反射面的电性能．为此,有必要研究绳索金属丝网组合结构的力热匹配设计问题．文中采用只承受张力的两节点杆模拟绳索,利用膜模拟金属丝网结构,建立了绳索金属丝网组合结构力学模型,分析了绳索金属丝网组合结构热变形影响规律,对绳索截面参数进行了匹配设计．以环形桁架网状可展开天线为例,仿真结果表明,采用文中的力热匹配设计方法,在温变环境下反射面的热稳定性得到很大的改善,形面精度提高了92％．     

模具材质对CFRP平面反射镜离焦面形误差的研究

离焦像差是影响CFRP平面反射镜的面型精度的主要像差之一。采用T700碳纤维复合材料预浸料,在合理的铺层方案和制备工艺基础上,选用浮法玻璃、硼硅酸盐玻璃和微晶玻璃等三种材质为模具,通过仿真和实验研究了模具材质不同引起成型CFRP平面反射镜面形像差中的离焦像差。其中,浮法玻璃模具、硼硅酸盐玻璃模具和微晶玻璃模具引起的CFRP平面反射镜的离焦像差分别为0.023λ、0.008λ、0.003λ(波长λ=10.6μm)。分别从定性和定量的角度得出了:模具材质热膨胀系数与CFRP复合材料热膨胀系数越相近离焦像差越小,离焦像差与模具热膨胀系数的关系为P=(2225.9x+0.0007)λ。为制备应用于长波红外波段CFRP平面反射镜的模具选取提供了参考数据。     

Thickness Dependence of Structural and Optical Properties of Chromium Thin Films as an Infrared Reflector for Solar-thermal Conversion Applications

The thermal emittance of Cr film, as an IR reflector, was investigated for the use in SSAC. The Cr thin films with different thicknesses were deposited on silicon wafers, optical quartz and stainless steel substrates by cathodic arc ion plating technology as a metallic IR reflector layer in SSAC. The thickness of Cr thin films was optimized to achieve the minimum thermal emittance. The effects of structural, microstructural, optical, surface and cross-sectional morphological properties of Cr thin films were investigated on the emittance. An optimal thickness about 450 nm of the Cr thin film for the lowest total thermal emittance of 0.05 was obtained. The experimental results suggested that the Cr metallic thin film with optimal thickness could be used as an effective infrared reflector for the development of SSAC structure.     

Parameter matching design method to keep the asymmetrical astromesh reflector surface stable

The asymmetrical astromesh reflector surface is unstable when the space thermal environment is changing. To solve the problem, the article deduces two formulae that are required for stability design of the astromesh reflector network under a thermal load. According to the formulae, to keep horizontal stability, both the front net and the rear net of the astromesh reflector net should be designed with equal tension. The article presents a form-finding method to design equal tension cable networks, based on the steepest descent algorithm. The method has a better convergence than the one based on the direct iteration. To keep vertical stability, the cross section areas of rear net cable and front net cable should be match-designed. The design method described in the article is validated by the finite element method. The result shows that the asymmetrical astromesh reflector network designed by the method has a wonderful stability under an extreme thermal load.     

Analysis of effect of pressure on surface accuracy for inflatable antenna

Pressure is one of the important measures to control the surface accuracy of the reflector of inflatable antenna. Experiments and numerical analysis were carried out to highlight the effect of pressure on accuracy. The rapid, contactless and low-cost digital photogrammetry system （DIES） was employed to investigate the effect according to its lightweight and flexible characteristics. Measurement data show that the best pressure and the best area in this pressure can be obtained. Numerical analysis was conducted to check the measurement result. It is indicated that there is a little difference between them attributed to wrinkle. Results of analysis and experiments show that surface accuracy of the reflector can be adjusted by controlling pressure.     

可展桁架天线热-结构耦合分析

利用热传导 辐射理论建立方程,同时引入可展桁架天线所处的轨道条件,计算出可展桁架抛物面天线在轨运行时不同时刻的温度场;考虑结构非线性,建立结构热变形计算方程,并将热分析与结构分析进行耦合.利用Fortran语言,编制基于上述理论的有限元程序,计算出可展桁架天线在轨运行时不同时刻天线的温度场和热变形,以及不同时刻反射面的形面误差均方根（RMS）.采用热-结构耦合分析方法对算例的分析表明,该方法可实现可展桁架天线从热分析到结构分析的直接转化和耦合,可用于指导可展桁架天线的结构设计和热控制设计.     

航天器温度场的蒙特卡罗法计算

将蒙特卡罗法与热网络法相结合来求解航天器的温度场,采用蒙特卡罗法计算热网络节点间的红外辐射网络系数和表面单元的太阳光辐射传递系数,以消除角系数计算中的不合理假设,在此基础上,编制了计算辐射传递系数和求解热网络方程组的计算软件;结合由NEVADA软件得出的外热流数据,对某卫星平台的热设计方案进行了稳态温度场计算分析,经研究发现,将蒙特卡罗法与热网络法相结合对系统的复杂结构和部件表面的辐射特性有很好的适应性,但计算量较大。     

充气天线初始构形的确定

充气天线的反射面是由柔性薄膜材料拼接而成的,针对其初始构形难以确定的问题,提出了反算法.首先利用公式计算出最优充气压力,对设计构形施加此压力,然后通过反算法得到初始构形,重复上述过程直到满足误差要求.算例结果表明:由此方法确定的初始构形在充气到给定压力后,与设计曲面的均方根误差满足天线结构设计允许的误差要求,从而能够满足天线电性能的要求.