本文關(guān)鍵詞：大型望遠鏡指向精度及軸系技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 指向精度 軸系技術(shù) 靜壓軸承 鋼帶編碼器 望遠鏡

【摘要】：大型望遠鏡作為天文觀測的主要設(shè)備,其位置精度是實現(xiàn)目標(biāo)高精度定軌觀測的基本保障。望遠鏡指向精度是衡量望遠鏡對目標(biāo)觀測位置精度的基本指標(biāo)。軸系精度在望遠鏡指向過程發(fā)揮了舉足輕重的作用,研究軸系技術(shù)也是研究望遠鏡指向精度過程中一項重要工作。對望遠鏡指向誤差的分析與修正,作為改善望遠鏡定位精度的手段,是當(dāng)前研究的重要方向,也是發(fā)展大型望遠鏡的必經(jīng)之路。結(jié)合望遠鏡的結(jié)構(gòu)和運動特點,基于多體系統(tǒng)運動學(xué)理論建立望遠鏡機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)系。通過拓撲結(jié)構(gòu)中體與體間位置誤差和運動誤差的傳遞原理,建立了望遠鏡系統(tǒng)基準(zhǔn)坐標(biāo)系,將望遠鏡系統(tǒng)中的各項物理誤差進行了詳細分析,提出指向誤差補償技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù):指向誤差模型建立、參數(shù)擬合、模型修正與數(shù)據(jù)獲取。在對望遠鏡運動過程中幾何誤差傳遞分析的基礎(chǔ)上,針對影響望遠鏡指向誤差的各項誤差源,建立了具有明確物理意義的指向誤差修正模型。在對修正模型穩(wěn)定性和參數(shù)間的相關(guān)性進行詳細分析基礎(chǔ)上,提出對模型的修正,得到符合實際要求的指向誤差修正模型,并通過實際觀察對模型進行了驗證。靜壓軸承是大型望遠鏡軸系的主要支承方式,本文分析了靜壓支承的工作原理,并建立了靜壓軸承的力學(xué)理論計算模型。針對靜壓止推軸承,運用流體理論和動力學(xué)理論分別對靜壓油膜的靜動態(tài)性能進行了詳細的研究,給出了不同供油方式對軸系剛度的影響。采用有限元分析方法和計算流體力學(xué),建立油墊油膜的有限元模型,并對油膜流場進行仿真分析,得出油膜中油液的壓力場和溫度場分布。利用油墊系統(tǒng)的靜態(tài)平衡方程建立靜壓油膜對幾何誤差均化效應(yīng)模型,并對幾何誤差與軸系運動誤差進行實測驗證,驗證了靜壓支承軸系的優(yōu)勢。針對大型望遠鏡軸系結(jié)構(gòu)的尺寸特點,提出了拼接式鋼帶編碼器測角方案。從幾何學(xué)的角度對拼接式鋼帶編碼器的測角誤差進行了詳細分析。研究了多讀數(shù)頭在測角系統(tǒng)中的應(yīng)用及其消差原理,采用諧波補償?shù)姆椒▉硖岣邷y角系統(tǒng)的精度。通過實驗轉(zhuǎn)臺對測角方案進行驗證,驗證了此方案的可行性及諧波補償?shù)挠行�。通過對望遠鏡方位軸系和俯仰軸系的精度分析,研究了方位軸系晃動的原理和數(shù)學(xué)模型,由此證明了軸系精度對望遠鏡指向精度的重要性�；谳S系誤差對指向精度的影響,建立軸系精度指標(biāo)的確定原則及計算方法。
【關(guān)鍵詞】：指向精度 軸系技術(shù) 靜壓軸承 鋼帶編碼器 望遠鏡
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH751
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 大型望遠鏡發(fā)展概況10-16
• 1.3 望遠鏡指向精度研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 指向誤差分析與建模17-18
• 1.3.2 指向誤差修正方法18-19
• 1.3.3 指向誤差評價19-20
• 1.4 望遠鏡軸系關(guān)鍵技術(shù)20-24
• 1.4.1 軸系支承技術(shù)20-22
• 1.4.2 軸系測角技術(shù)22-24
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容24-26
• 2 相關(guān)基礎(chǔ)理論26-42
• 2.1 多體系統(tǒng)26-29
• 2.1.1 多體系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)及運動學(xué)分析26-28
• 2.1.2 體之間的幾何描述28-29
• 2.2 坐標(biāo)系的確定29-30
• 2.2.1 多體系統(tǒng)坐標(biāo)系29
• 2.2.2 望遠鏡系統(tǒng)的坐標(biāo)系29-30
• 2.3 理想運動的坐標(biāo)系變換30-33
• 2.3.1 旋轉(zhuǎn)運動的特征矩陣30-32
• 2.3.2 望遠鏡理想指向軸角設(shè)置32-33
• 2.4 壓力油膜性能計算基礎(chǔ)33-37
• 2.4.1 兩固定平行平板間的流量33-34
• 2.4.2 相對運動的平行平板間流量34
• 2.4.3 流體控制方程34-36
• 2.4.4 計算流體力學(xué)求解過程36-37
• 2.5 鋼帶光柵測角系統(tǒng)相關(guān)理論37-39
• 2.5.1 光柵測角系統(tǒng)的莫爾條紋37-38
• 2.5.2 海德漢光柵尺測角原理及基準(zhǔn)38-39
• 2.6 本章小結(jié)39-42
• 3 望遠鏡指向精度研究42-66
• 3.1 指向誤差的描述42-44
• 3.2 指向誤差源分析44-50
• 3.2.1 主要誤差源44-49
• 3.2.2 誤差總結(jié)49-50
• 3.3 指向誤差修正原理50-51
• 3.4 指向誤差修正模型51-56
• 3.4.1 球諧函數(shù)模型51-53
• 3.4.2 物理參數(shù)模型53-56
• 3.5 誤差模型分析技術(shù)56-61
• 3.5.1 修正模型參數(shù)求解方法56-58
• 3.5.2 指向誤差修正后的評價指標(biāo)58-59
• 3.5.3 模型修正及穩(wěn)定性分析59-61
• 3.6 指向修正實驗結(jié)果61-65
• 3.7 本章小結(jié)65-66
• 4 望遠鏡軸系支承技術(shù)研究66-80
• 4.1 望遠鏡軸系常用支承方式66-68
• 4.1.1 方位軸系支承方案66-67
• 4.1.2 俯仰軸系支承方案67-68
• 4.2 液體靜壓軸承分析68-76
• 4.2.1 靜壓支承的工作原理68-69
• 4.2.2 軸承力學(xué)性能分析69-76
• 4.3 油膜狀態(tài)數(shù)值仿真76-78
• 4.3.1 油膜的平均溫升76-77
• 4.3.2 油膜態(tài)仿真77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 5 望遠鏡軸系測角技術(shù)研究80-96
• 5.1 測角系統(tǒng)誤差分析80-85
• 5.1.1 鋼帶光柵的系統(tǒng)誤差80-81
• 5.1.2 安裝及加工、變形誤差81-85
• 5.1.3 軸系晃動85
• 5.2 多讀數(shù)頭測角原理85-87
• 5.3 諧波補償算法87-89
• 5.4 測角誤差實驗89-93
• 5.4.1 實驗原理與方案89-90
• 5.4.2 實驗結(jié)果及分析90-93
• 5.5 本章小結(jié)93-96
• 6 望遠鏡軸系誤差分析96-116
• 6.1 方位軸系晃動的理論分析96-99
• 6.2 俯仰軸系誤差分析99-103
• 6.2.1 俯仰軸系精度分析100-101
• 6.2.2 關(guān)鍵零部件對軸系精度的影響101-103
• 6.3 軸系精度指標(biāo)的確定103-104
• 6.4 靜壓軸承油膜的均化效應(yīng)104-108
• 6.4.1 油膜厚度的計算105-107
• 6.4.2 油墊系統(tǒng)平衡狀態(tài)建立107-108
• 6.4.3 運動誤差分析108
• 6.5 望遠鏡軸系精度實測108-115
• 6.5.1 密珠止推軸承軸系精度實測108-110
• 6.5.2 靜壓止推軸承軸系精度實測110-113
• 6.5.3 俯仰軸系精度實測113-115
• 6.6 本章小結(jié)115-116
• 7 總結(jié)與展望116-118
• 參考文獻118-126
• 附錄A126-134
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果134-135

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