本文關(guān)鍵詞：空間離軸相機光機結(jié)構(gòu)輕型優(yōu)化設計研究

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【摘要】：離軸三反消象散系統(tǒng)具有長焦距、大視場、寬波段等優(yōu)點,因而被廣泛地應用于空間光學遙感器中。隨著空間技術(shù)的發(fā)展,高分辨率、寬覆蓋已成為空間相機的一大發(fā)展趨勢,使得相機的口徑和質(zhì)量不斷增大。與此同時,輕小型遙感衛(wèi)星對空間星載儀器的重量和性能提出了更高的要求,致使空間相機,特別是大口徑離軸相機的輕型優(yōu)化設計面臨重大挑戰(zhàn)。本文根據(jù)空間相機的光機結(jié)構(gòu)特點,針對輕小衛(wèi)星相機質(zhì)量更輕、性能更好的設計要求,對空間離軸相機光機結(jié)構(gòu)進行了輕型優(yōu)化設計。首先,從反射鏡材料、支撐形式,相機光機結(jié)構(gòu)形式等方面簡要介紹了國內(nèi)外空間相機的發(fā)展概況及趨勢,并介紹了光機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計中兩種常用的優(yōu)化方法和技術(shù),拓撲優(yōu)化方法和集成優(yōu)化技術(shù)。進一步闡明了本課題研究的主要內(nèi)容和意義。其次,對相機中的主、次、三鏡進行了輕量化設計。對空間反射鏡提出背部中心支撐方式,通過對相機中的各反射鏡采用該種支撐方式,既降低了支撐結(jié)構(gòu)的設計難度,又減小了反射鏡組件的總重量。利用集成優(yōu)化技術(shù)對反射鏡進行優(yōu)化,在減小鏡體質(zhì)量的同時進一步提高了反射鏡的面形精度。對反射鏡組件的動、靜力學性能進行仿真分析,以檢驗設計結(jié)果的可靠性,結(jié)果表明各反射鏡組件的動、靜力學性能均滿足設計要求。然后,對相機主支撐結(jié)構(gòu)進行輕型優(yōu)化設計。采用拓撲優(yōu)化方法對主支撐結(jié)構(gòu)中的大質(zhì)量部件后基板進行輕量化設計,以減小支撐結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。對桁架系統(tǒng)利用集成優(yōu)化技術(shù)進行優(yōu)化,通過對桁架桿進行布局優(yōu)化和截面優(yōu)化,提高了桁架系統(tǒng)的動、靜態(tài)剛度。對整機模型進行動、靜力學仿真,以檢驗主支撐結(jié)構(gòu)的可靠性,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的動、靜態(tài)剛度滿足設計要求。最后,以Ф500mm口徑的Si C圓形反射鏡為例,研究了空間反射鏡背部中心支撐特性,分析了反射鏡及支撐結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對反射鏡性能的影響,為空間反射鏡背部中心支撐的設計研究提供思路和參考。
【關(guān)鍵詞】：空間光學遙感器 離軸三反相機 空間反射鏡 輕量化 集成優(yōu)化 仿真分析
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 引言13
• 1.2 空間相機概述13-24
• 1.2.1 反射鏡材料簡介13-18
• 1.2.2 反射鏡支撐形式18-21
• 1.2.3 空間相機主支撐結(jié)構(gòu)形式21-23
• 1.2.4 空間相機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢23-24
• 1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法簡介24-28
• 1.3.1 拓撲優(yōu)化方法24-25
• 1.3.2 集成優(yōu)化技術(shù)25-28
• 1.4 課題來源及研究意義28-29
• 1.4.1 課題背景及來源28
• 1.4.2 課題研究的意義28-29
• 第2章 主鏡組件超輕量化設計29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 主鏡超輕量化設計29-32
• 2.2.1 鏡體結(jié)構(gòu)初始模型29-30
• 2.2.2 變筋厚設計30-31
• 2.2.3 變筋高設計31-32
• 2.3 主鏡集成優(yōu)化32-34
• 2.3.1 集成優(yōu)化問題32
• 2.3.2 優(yōu)化過程32-33
• 2.3.3 優(yōu)化結(jié)果與分析33-34
• 2.4 主鏡組件分析34-38
• 2.4.1 柔性支撐結(jié)構(gòu)設計34-35
• 2.4.2 靜力學分析35-37
• 2.4.3 動力學分析37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第3章 次鏡組件輕量化設計39-45
• 3.1 引言39
• 3.2 次鏡輕量化設計39-41
• 3.2.1 輕量化方案39-40
• 3.2.2 變結(jié)構(gòu)設計40
• 3.2.3 集成優(yōu)化與分析40-41
• 3.3 次鏡組件性能分析41-44
• 3.3.1 柔性支撐結(jié)構(gòu)41-42
• 3.3.2 仿真分析與評價42-43
• 3.3.3 方案的比較與選擇43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 三鏡組件輕型優(yōu)化設計45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 三鏡結(jié)構(gòu)輕型優(yōu)化設計45-46
• 4.2.1 支撐方式選擇45-46
• 4.2.2 輕量化結(jié)構(gòu)形式46
• 4.3 三鏡集成優(yōu)化46-49
• 4.3.1 變量擴展46-47
• 4.3.2 變量轉(zhuǎn)化47-48
• 4.3.3 多目標集成優(yōu)化48
• 4.3.4 優(yōu)化結(jié)果與分析48-49
• 4.4 三鏡組件分析49-54
• 4.4.1 柔性支撐結(jié)構(gòu)49-50
• 4.4.2 組件對比分析50-51
• 4.4.3 可靠性分析51-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 主支撐結(jié)構(gòu)輕型優(yōu)化設計55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 后基板拓撲優(yōu)化設計55-57
• 5.2.1 后基板初始結(jié)構(gòu)55-56
• 5.2.2 拓撲優(yōu)化設計56-57
• 5.3 桁架系統(tǒng)集成優(yōu)化57-60
• 5.3.1 桁架支撐結(jié)構(gòu)57-58
• 5.3.2 桿布局優(yōu)化58-59
• 5.3.3 桿截面優(yōu)化59-60
• 5.4 整機分析60-63
• 5.4.1 靜力學分析60-61
• 5.4.2 動力學分析61-63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 第6章 反射鏡背部中心支撐特性研究65-79
• 6.1 引言65
• 6.2 反射鏡結(jié)構(gòu)分析65-72
• 6.2.1 輕量化結(jié)構(gòu)選擇65-67
• 6.2.2 支撐孔直徑分析67-69
• 6.2.3 背部形狀分析69-70
• 6.2.4 支撐深度分析70-72
• 6.3 支撐結(jié)構(gòu)分析72-76
• 6.3.1 支撐結(jié)構(gòu)設計72-73
• 6.3.2 螺栓圓半徑分析73-74
• 6.3.3 切槽深度分析74-75
• 6.3.4 支撐長度分析75-76
• 6.4 背部中心支撐的最大適用口徑76-78
• 6.5 本章小結(jié)78-79
• 第7章 總結(jié)與展望79-81
• 7.1 全文總結(jié)79-80
• 7.1.1 完成的主要工作79-80
• 7.1.2 取得的創(chuàng)新成果80
• 7.2 研究展望80-81
• 參考文獻81-87
• 在學期間學術(shù)成果情況87-89
• 指導教師及作者簡介89-91
• 致謝91

【參考文獻】

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本文編號：1112278