從吉林一號(hào)衛(wèi)星某空間相機(jī)的實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā),提出采用基于碳纖維復(fù)合材料的高精密薄壁筒和桁架桿作為主、次反射鏡間的支撐結(jié)構(gòu),并完成相關(guān)設(shè)計(jì)和工程分析。深入開展相關(guān)振動(dòng)、靜力和溫度穩(wěn)定性試驗(yàn),分析和試驗(yàn)結(jié)果表明,所提的支撐結(jié)構(gòu)具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗視軸抖動(dòng)性能,碳纖維桁架的質(zhì)量?jī)H為2.11 kg,當(dāng)基頻達(dá)到186 Hz時(shí),在重力和4℃溫升條件下的穩(wěn)定性優(yōu)于1″。對(duì)在軌獲取的全色遙感影像進(jìn)行動(dòng)態(tài)傳函（MTF）分析,結(jié)果表明空間相機(jī)在軌動(dòng)態(tài)MTF值為0.08,進(jìn)一步證明CFRP桁架結(jié)構(gòu)支撐技術(shù)的可靠性和有效性。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(21)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

主、次鏡的位置關(guān)系示意圖

根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的邊緣光線追跡原理,完成次反射鏡支撐結(jié)構(gòu)的空間布局,設(shè)計(jì)的薄壁筒式和薄壁筒桁架組合式構(gòu)型如圖2所示。薄壁筒式結(jié)構(gòu)因其具有高剛度和易裝調(diào)等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在中小型空間相機(jī)中,但是其具有熱控功耗高和輕量化程度低的缺點(diǎn),在質(zhì)量要求嚴(yán)格的條件下不能成為優(yōu)選的構(gòu)型。桁架式結(jié)構(gòu)基于變構(gòu)件彎曲載荷為拉壓載荷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念,具有質(zhì)量輕、比剛度高、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸穩(wěn)定和適于長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)布局等優(yōu)點(diǎn),在保證光學(xué)系統(tǒng)高空間分辨率的同時(shí),可以最大程度地降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量且熱耗低。表1為兩種構(gòu)型參數(shù)的對(duì)比結(jié)果,其中TC4為鈦合金材料。從表1可以看到,薄壁筒桁架組合式結(jié)構(gòu)是輕型高分辨空間相機(jī)次反射鏡支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)選構(gòu)型。

鑒于主承力系統(tǒng)的特異性,分別對(duì)主承力系統(tǒng)的薄壁筒區(qū)域和桁架區(qū)域進(jìn)行局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。CFRP主承力系統(tǒng)是由單層板按照不同的角度鋪設(shè)而成的,單層板的厚度約為0.15 mm,結(jié)構(gòu)如圖3所示�？紤]到復(fù)合材料工藝生產(chǎn)的可行性、光學(xué)系統(tǒng)的遮攔比以及相機(jī)鏡頭宏觀體積預(yù)算,桁架的橫截面面形為優(yōu)選的回字形,初步確定桁架寬度為L(zhǎng)1、薄壁筒外徑為r2,薄壁筒厚度h由光學(xué)系統(tǒng)的口徑r1與相機(jī)鏡頭質(zhì)量和薄壁筒外徑尺寸r2決定,并采用拓?fù)鋬?yōu)化法進(jìn)一步確定主要的設(shè)計(jì)參數(shù)L1、L2、h及桁架厚度d的初值。利用軟件編程并結(jié)合可操作的生產(chǎn)工藝,計(jì)算薄壁筒區(qū)域和桁架區(qū)域的最佳鋪設(shè)結(jié)果。經(jīng)過(guò)幾次迭代優(yōu)化后,最終確定主承力系統(tǒng)的薄壁筒壁厚、桁架壁厚和橫截面的長(zhǎng)寬尺寸。CFRP主承力系統(tǒng)中桁架結(jié)構(gòu)的最終質(zhì)量為2.11 kg,滿足總體指標(biāo)的設(shè)計(jì)要求。2.4 CFRP桁架結(jié)構(gòu)的工程分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大型空間紅外相機(jī)多反光學(xué)系統(tǒng)桁架桿框架的設(shè)計(jì)[J]. 翟巖.  光學(xué)精密工程. 2017(11)
[2]吉林一號(hào)輕型高分辨率遙感衛(wèi)星光學(xué)成像技術(shù)[J]. 徐偉,金光,王家騏.  光學(xué)精密工程. 2017(08)
[3]空間望遠(yuǎn)鏡可展開次鏡支撐桁架綜述[J]. 李志來(lái),楊利偉,徐宏,董得義,曹乃亮,袁野.  航天返回與遙感. 2017(03)
[4]同軸空間相機(jī)碳纖維復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)的研制[J]. 張雷,姚勁松,賈學(xué)志,安源,金光.  光學(xué)精密工程. 2012(09)
[5]空間遙感相機(jī)碳纖維機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 郭疆,邵明東,王國(guó)良,孫繼明.  光學(xué)精密工程. 2012(03)
[6]碳纖維復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 李威,郭權(quán)鋒.  中國(guó)光學(xué). 2011(03)
[7]空間相機(jī)主次鏡間的薄壁筒和支桿組合支撐結(jié)構(gòu)[J]. 李威,劉宏偉,郭權(quán)鋒,王海萍.  光學(xué)精密工程. 2010(12)
[8]空間光學(xué)遙感器中碳纖維復(fù)合材料精密支撐構(gòu)件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[J]. 李威,劉宏偉.  光學(xué)精密工程. 2008(11)



本文編號(hào)：3384262