隨著空間觀測(cè)衛(wèi)星精度需求的不斷提高,空間光學(xué)遙感器的分辨率需求也越來(lái)越高,反射鏡的口徑也越來(lái)越大,反射鏡面形受真空、重力釋放、振動(dòng)和熱循環(huán)等條件的影響也會(huì)變大。因此對(duì)于高精度大口徑反射鏡,鏡體的高輕量化以及穩(wěn)定可靠的支撐結(jié)構(gòu)是提高太空光學(xué)系統(tǒng)觀測(cè)能力的關(guān)鍵。本課題針對(duì)1m某大口徑反射鏡,對(duì)反射鏡鏡體、支撐方式、支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。根據(jù)某光學(xué)系統(tǒng)中主反射鏡的相關(guān)參數(shù)與設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,選擇背部開(kāi)放式為輕量化的基本形式,選擇三角形輕量化孔結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)反射鏡的高輕量化,采用拓?fù)鋬?yōu)化方法,將反射鏡密度作為設(shè)計(jì)變量,以反射鏡基頻作為優(yōu)化目標(biāo),面形RMS值與質(zhì)量作為約束條件對(duì)反射鏡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),最終得到反射鏡重量為40.4kg,鏡面面形為0.001λ,與傳統(tǒng)優(yōu)化方式對(duì)比,拓?fù)鋬?yōu)化方法更具有優(yōu)勢(shì),輕量化率可達(dá)81%。本文對(duì)反射鏡支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,最終采用背部六點(diǎn)支撐的方式設(shè)計(jì)了一種輕小型柔性支撐結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)利用有限元手段為保證最優(yōu)鏡面面形對(duì)支撐點(diǎn)位置進(jìn)行了優(yōu)化;為減小反射鏡組件間的熱應(yīng)力,設(shè)計(jì)了一種柔性環(huán)節(jié),并通過(guò)有限元進(jìn)行了驗(yàn)證。利用有限元軟件對(duì)組件進(jìn)行仿真分析,靜力學(xué)結(jié)果表明:反... 

【文章來(lái)源】：北華航天工業(yè)學(xué)院河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

某望遠(yuǎn)系統(tǒng)角分辨率與口徑的關(guān)系[2]

北華航天工業(yè)學(xué)院碩士學(xué)位論文3南京某所成功研制了由K4玻璃制造，口徑為770mm的大口徑反射鏡[4]；成都光電所使用微晶玻璃材料研制了口徑為1.2m，厚度為50mm的反射鏡，并對(duì)支撐方式進(jìn)行了調(diào)整，另外該研究所還對(duì)口徑1.8m的望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究[5]。圖1.2Hubble空間望遠(yuǎn)鏡主鏡（2）第二代為金屬材料，主要代表有鈹、鋁、銅等。該材料的主要代表有德國(guó)空間中心資助研發(fā)的口徑為116mm×116mm的Korsch反射鏡，該鏡采用6061-T6鋁合金，鏡面加工后面形RMS值為70nm，PV值為386nm[6]。KittPeak國(guó)家天文臺(tái)Mayall望遠(yuǎn)鏡上的IRMOS探測(cè)器次鏡口徑為284mm×264mm，材料為6061-T651。曹銀花等人設(shè)計(jì)的Cassegrain系統(tǒng)中的金屬主鏡，鏡面加工后面形PV值約為500nm，表面粗糙度優(yōu)于10nm。（3）第三代為玻璃陶瓷：SiC等。碳化硅材料因?yàn)槠渥陨韮?yōu)越的物理性能與熱性能已逐漸成為主流材料，具有代表性的反射鏡有口徑1.5m的Gregor太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主鏡[7]；由歐洲宇航局研制成功的直徑為3.5m的赫歇爾紅外空間望遠(yuǎn)鏡主鏡；1.5m×0.56m的GAIA天體探測(cè)衛(wèi)星的主鏡[8]以及俄羅斯空間光學(xué)研究院(S.IVavilovStateOpticalInstitude)制備的某望遠(yuǎn)鏡的反射鏡[9]，圖1.3為中科院長(zhǎng)光所于2018年成功研制了口徑為4.03米的碳化硅非球面反射鏡，該反射鏡是目前世界上最大的主反射鏡；長(zhǎng)光所與中科院分別通過(guò)采用不同技術(shù)制備SiC來(lái)制作大口徑反射鏡[10]。

大口徑反射鏡組件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)4圖1.34.03米碳化硅非球面反射鏡（4）最新一代材料目前正在研究當(dāng)中，主要是指鋁基碳化硅以及有機(jī)復(fù)合材料。近年來(lái)，世界各國(guó)相繼發(fā)展了不同類(lèi)型的陶瓷制造工藝，通常致力于開(kāi)發(fā)具有高剛度、低質(zhì)量、高機(jī)械穩(wěn)定和高各向同性的材料。由于碳化硅陶瓷固有的脆性和在加工過(guò)程中收縮的趨勢(shì)，碳化硅制成的硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜性低，因此正在致力于研制更優(yōu)質(zhì)的材料。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已率先對(duì)該材料進(jìn)行研制，目前的主要成果有歐美國(guó)家使用復(fù)合材料成功研制了口徑為1m的反射鏡；俄羅斯采用C/C加過(guò)渡層技術(shù)以及其它多種新型復(fù)合材料研制了口徑1m的輕型大口徑反射鏡[11]，除此之外，還有很多國(guó)家正在致力于新型材料的開(kāi)發(fā)制備，推動(dòng)反射鏡輕量化的進(jìn)步與發(fā)展。由此可見(jiàn)反射鏡的材料發(fā)展經(jīng)歷了四代，目前被廣泛使用的材料為SiC，復(fù)合材料以它優(yōu)良的特性正在逐漸發(fā)展，并將會(huì)成為主流材料。1.2.1.2反射鏡鏡體結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀反射鏡鏡體輕量化形式有多種：鉆盲孔、后背開(kāi)放式、蜂窩夾層式。其中鉆盲孔方式應(yīng)用最為廣泛。盲孔是輕量化形式中最簡(jiǎn)單，最方便加工的方式，主要有圓形、正六邊形，正四邊形，三角形等多種形狀，大量的研究人員對(duì)反射鏡輕量化的盲孔形狀進(jìn)行了研究，比較了不同的盲孔結(jié)構(gòu)對(duì)主鏡剛度的影響。美國(guó)Barnes借助有限元分析軟件，以直徑1620mm、厚度305mm的輕量化反射鏡作為研究對(duì)象,在周邊支撐方式前提下，分析了在三角形、四邊形、六邊形輕量化孔等幾種開(kāi)孔形式反射鏡在特定工況下的鏡面面形[12]；Maser和Soosaar[13]，Barnes[14]，Sheng[15]，Richard[16]等人分別針對(duì)不同材料，不同口徑，不同厚度的模型，研究了幾種輕量化孔對(duì)主鏡剛度的影響，得到了不同的研究結(jié)果。學(xué)者們指出輕量化孔的幾何形狀對(duì)主鏡結(jié)構(gòu)的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]空間反射鏡加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)[D]. 李書(shū)亞.燕山大學(xué) 2017
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