本文關(guān)鍵詞：空間反射鏡拓撲優(yōu)化及其支撐技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 空間反射鏡 空間光學遙感器 SiC主鏡 拓撲優(yōu)化 輕量化 柔性支撐 Zernike多項式

【摘要】：隨著空間光學技術(shù)的不斷發(fā)展,空間光學遙感器在空間探測、天氣預報、軍事偵察、海洋研究等領(lǐng)域都發(fā)揮了非常重要的作用。反射鏡作為空間光學遙感器光學系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,其面形精度對整個遙感器的成像質(zhì)量有著不容忽視的直接影響。在未來大口徑反射鏡必將成為空間光學技術(shù)發(fā)展的重要趨勢,然而反射鏡口徑的增大會使反射鏡自重變形以及由溫度變化而引起的熱變形急劇增加,整個系統(tǒng)的運輸發(fā)射等成本也會大大增加;反射鏡的質(zhì)量增加也會使支撐結(jié)構(gòu)的設計難度增大很多。這也要求我們必須在盡量減重的條件下設計出合理的輕量化結(jié)構(gòu)與柔性支撐結(jié)構(gòu),才能保證整個系統(tǒng)的光學性能滿足要求。而傳統(tǒng)的輕量化設計很難同時滿足這些要求,拓撲優(yōu)化技術(shù)作為一種新型的輕量化方法是當前空間光學遙感技術(shù)研究的重要方向,且目前反射鏡拓撲優(yōu)化研究較多的是針對圓形反射鏡,而本文研究對象是長條形反射鏡,其尺寸為800mm*240mm。長條形反射鏡的輕量化設計與支撐設計與圓形反射鏡都存在較大差別,所以本文針對長條形反射鏡的拓撲優(yōu)化與柔性支撐結(jié)構(gòu)設計,主要做了以下幾方面的工作:分析對比了長條形反射鏡不同輕量化方法和支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點;針對空間環(huán)境條件,將傳統(tǒng)輕量化方法與拓撲優(yōu)化方法進行對比,得出的反射鏡拓撲優(yōu)化結(jié)構(gòu)不論是在輕量化率還是面形精度上都要優(yōu)于傳統(tǒng)輕量化結(jié)構(gòu)。選用背部三點柔性支撐結(jié)構(gòu)完成了反射鏡支撐組件的設計,并通過對柔性鉸鏈參數(shù)和支撐板拓撲進行優(yōu)化,確定了組件的整體結(jié)構(gòu)。對有限元軟件得到的鏡面變形數(shù)據(jù)進行Zernike多項式擬合,獲得可用于光學面形評價的結(jié)果,并完成了反射鏡組件的靜力學與動力學分析,柔性結(jié)構(gòu)支撐下的反射鏡組件在不同工況下的反射鏡面形精度PV值小于λ/10,RMS值小于λ/50(λ=632.8nm),前三階諧振頻率均遠遠高于結(jié)構(gòu)的固有頻率。分析結(jié)果表明反射鏡組件滿足空間應用要求。整個反射鏡組件能夠達到足夠高的靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度和熱穩(wěn)定性,具有足夠抵抗外界環(huán)境干擾的能力,能為其他長條形反射鏡組件的設計提供借鑒。
【關(guān)鍵詞】：空間反射鏡 空間光學遙感器 SiC主鏡 拓撲優(yōu)化 輕量化 柔性支撐 Zernike多項式
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V443.5
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 選題目的及意義9-11
• 1.2 大口徑反射鏡國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 空間反射鏡輕量化技術(shù)概述13-14
• 1.4 反射鏡支撐方案概述14-15
• 1.5 本文研究內(nèi)容15-19
• 第2章 大口徑反射鏡初步設計19-29
• 2.1 反射鏡應用環(huán)境與設計準則19-21
• 2.1.1 反射鏡的應用環(huán)境19-20
• 2.1.2 反射鏡的設計準則20-21
• 2.2 反射鏡的材料21-23
• 2.3 反射鏡鏡體厚度的確定23-24
• 2.4 反射鏡的支撐孔尺寸確定24-26
• 2.5 反射鏡實體結(jié)構(gòu)建模26
• 2.6 本章小結(jié)26-29
• 第3章 反射鏡的輕量化設計29-37
• 3.1 反射鏡的傳統(tǒng)輕量化結(jié)構(gòu)設計29-32
• 3.1.1 傳統(tǒng)輕量化方法簡介29-31
• 3.1.2 反射鏡傳統(tǒng)輕量化模型31-32
• 3.2 反射鏡的拓撲優(yōu)化設計32-35
• 3.2.1 拓撲優(yōu)化理論基礎(chǔ)32-33
• 3.2.2 反射鏡的拓撲優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計33-35
• 3.3 三種輕量化結(jié)構(gòu)性能分析35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 反射鏡支撐結(jié)構(gòu)的設計與優(yōu)化37-49
• 4.1 支撐結(jié)構(gòu)初步設計及分析37-38
• 4.2 反射鏡支撐材料的選擇38-39
• 4.3 柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)設計39-44
• 4.3.1 柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)簡述39-42
• 4.3.2 反射鏡支撐結(jié)構(gòu)設計42-44
• 4.4 反射鏡柔性支撐優(yōu)化改進44-46
• 4.5 反射鏡組件性能分析46-47
• 4.6 本章小結(jié)47-49
• 第5章 反射鏡面形及動力學分析49-63
• 5.1 反射鏡面形處理研究49-53
• 5.1.1 反射鏡面形處理方法50-53
• 5.1.2 數(shù)據(jù)處理流程53
• 5.2 反射鏡組件靜力學分析53-56
• 5.3 反射鏡組件動力學分析56-61
• 5.3.1 模態(tài)分析56-58
• 5.3.2 過載分析58
• 5.3.3 隨機振動分析58-61
• 5.4 本章小結(jié)61-63
• 第6章 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 全文總結(jié)63-64
• 6.2 不足與展望64-65
• 參考文獻65-69
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果69

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