【摘要】：光學(xué)望遠(yuǎn)鏡作為天文觀測(cè)、激光通信等應(yīng)用的主要光電探測(cè)設(shè)備,隨著系統(tǒng)分辨率要求的提高,所需口徑越來(lái)越大。良好的指向重復(fù)性和成像質(zhì)量是現(xiàn)代大口徑望遠(yuǎn)鏡工作的必要條件。隨著望遠(yuǎn)鏡口徑的增大,系統(tǒng)的重力慣性與熱慣性急劇增大,嚴(yán)重影響望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量。近幾十年來(lái),望遠(yuǎn)鏡的研制過(guò)程中發(fā)展了許多新技術(shù),比如現(xiàn)代光學(xué)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密機(jī)械技術(shù)等。這些新技術(shù)的出現(xiàn),突破了望遠(yuǎn)鏡口徑的限制,并且降低了望遠(yuǎn)鏡造價(jià),簡(jiǎn)化了望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu),使得望遠(yuǎn)鏡技術(shù)朝更大口徑、更廣應(yīng)用領(lǐng)域迅速發(fā)展。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同,望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵技術(shù)有所區(qū)別。因此,應(yīng)該基于不同的需求指標(biāo)分別對(duì)望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解。為了滿足望遠(yuǎn)鏡的指向精度與成像質(zhì)量要求,本文以理論計(jì)算,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),仿真分析,試驗(yàn)驗(yàn)證為技術(shù)路線,以數(shù)米口徑望遠(yuǎn)鏡為研究對(duì)象,針對(duì)影響望遠(yuǎn)鏡關(guān)鍵性能的跟蹤架結(jié)構(gòu)與主鏡展開(kāi)了研究。論文的主要內(nèi)容與具體成果如下:1.光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展現(xiàn)狀的概述。為了獲得高精度、高分辨率的成像質(zhì)量,望遠(yuǎn)鏡正在向更大口徑、更高分辨率、更多系統(tǒng)集成等方向發(fā)展。然后本文簡(jiǎn)述了環(huán)境對(duì)望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量的影響,并總結(jié)了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有大口徑望遠(yuǎn)鏡的主動(dòng)熱控方案,進(jìn)而控制望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)內(nèi)部的溫度梯度以及主鏡與外界環(huán)境的溫差,保證系統(tǒng)成像質(zhì)量。2.基于滾動(dòng)軸承的數(shù)米級(jí)跟蹤架關(guān)鍵技術(shù)研究。以數(shù)米級(jí)口徑望遠(yuǎn)鏡為研究對(duì)象,簡(jiǎn)述了望遠(yuǎn)鏡的指向精度及影響因素,然后對(duì)跟蹤架的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析;根據(jù)應(yīng)用需求,望遠(yuǎn)鏡方位軸系采用大角接觸與徑向密珠一體化軸承,俯仰軸系采用一端止推,一端游動(dòng)的圓柱滾子軸承支撐方案;運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化理論對(duì)望遠(yuǎn)鏡的大型結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了力學(xué)的有限元分析,得出優(yōu)化后的大型結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)剛度高的同時(shí)減小了質(zhì)量與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,實(shí)現(xiàn)了大型結(jié)構(gòu)件的輕量化。3.大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡跟蹤架系統(tǒng)級(jí)的力學(xué)分析及試驗(yàn)驗(yàn)證。本文對(duì)望遠(yuǎn)鏡跟蹤架進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的有限元分析,討論了系統(tǒng)在重力作用下的變形與應(yīng)力,對(duì)變形結(jié)果進(jìn)行分析,系統(tǒng)能保證光學(xué)元件相對(duì)位置的穩(wěn)定性,結(jié)果滿足靜承載能力要求。然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)分析,提取了模態(tài)頻率與振型,一階模態(tài)高,有力地保證了系統(tǒng)抗風(fēng)載與地震波等外界干擾的能力。利用LMS系統(tǒng)對(duì)某一平臺(tái)上的小口徑地平式望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn),結(jié)果表明系統(tǒng)的低階模態(tài)峰值顯著、振型與大口徑望遠(yuǎn)鏡仿真結(jié)果一致,達(dá)到了大小口徑望遠(yuǎn)鏡相互驗(yàn)證的目的,同時(shí)驗(yàn)證了大口徑望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和有限元仿真的正確性,為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了依據(jù)與指導(dǎo)。4.望遠(yuǎn)鏡蜂窩孔輕質(zhì)主鏡反射面的熱控技術(shù)的研究。介紹了望遠(yuǎn)鏡主鏡的形狀及所處的熱環(huán)境,并對(duì)主鏡在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行了模型等效,用等效模型溫度場(chǎng)的解析解預(yù)估輕質(zhì)鏡的溫度場(chǎng);仿真分析了主鏡在自然對(duì)流環(huán)境下的成像質(zhì)量,反射面面形結(jié)果無(wú)法滿足望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)要求,提出了熱控的必要性。根據(jù)主鏡面形指標(biāo),設(shè)計(jì)了主鏡反射面氣刀熱控系統(tǒng),并對(duì)熱控系統(tǒng)的形式、參數(shù)等進(jìn)行仿真優(yōu)化,優(yōu)化后的熱控系統(tǒng)可以在反射面形成均勻化、精細(xì)化的流場(chǎng),反射面熱邊界層和主鏡面殘余熱得到了有效的控制,同時(shí)成像質(zhì)量滿足望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)需求。5.輕質(zhì)主鏡熱控縮比試驗(yàn)研究。為了驗(yàn)證大口徑主鏡氣刀熱控系統(tǒng)的有效性與可行性,根據(jù)相似理論提出并建立了Φ630 mm的融石英輕質(zhì)鏡氣刀熱控縮比系統(tǒng),在高低溫實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行縮比試驗(yàn),測(cè)試了不同的熱邊界條件對(duì)主鏡特性的影響。最后基于相似π定理反推氣刀熱控條件下大口徑望遠(yuǎn)鏡主鏡的特性,為大口徑望遠(yuǎn)鏡主鏡熱控系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)提供參考;同時(shí)相似理論為大口徑望遠(yuǎn)鏡的其它研究提供了借鑒意義。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH743

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 秦琴;顧永杰;陶津平;;望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析[J];光電工程;2008年06期

2 ;輸出系統(tǒng)能以相位共軛補(bǔ)償形成激光束的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)[J];國(guó)外激光;1994年03期

3 呂百達(dá),廖嚴(yán),陳文娛,蔡邦維,羅名蓉;深度熱穩(wěn)定望遠(yuǎn)鏡腔[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1988年11期

4 呂百達(dá),魏光輝;動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定望遠(yuǎn)鏡腔的充分必要條件[J];中國(guó)激光;1988年06期

5 呂百達(dá),陳文娛;含熱透鏡望遠(yuǎn)鏡腔特性的研究[J];激光與紅外;1989年01期

6 錢(qián)楓;楊國(guó)光;;一種評(píng)價(jià)測(cè)量望遠(yuǎn)鏡成象質(zhì)量的新方法[J];光學(xué)儀器;1989年02期

7 梁明;程景全;;Mersenne-Schmidt望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];天文學(xué)報(bào);1989年04期

8 溫德清;快速調(diào)整光杠桿和尺讀望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的方法[J];宜賓師范高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào);1999年02期

9 符長(zhǎng)波,路秀琴,郭繼宇,李淑媛,趙葵,劉建成,梁剛,姜華;縱向型 △E-E望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)[J];中國(guó)原子能科學(xué)研究院年報(bào);1997年00期

10 朱國(guó)良;王秀美;;照相天體測(cè)量望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)變化的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法[J];中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)年刊;1982年00期

相關(guān)會(huì)議論文 前9條

1 陳淵;;質(zhì)子反沖閃爍望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的研制[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2005）[C];2005年

2 盧俊;李松林;徐瑚珊;諸永泰;范恩杰;柳衛(wèi)平;白希祥;;一臺(tái)高分辨的ΔE—E望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)[A];第九屆全國(guó)核物理大會(huì)論文摘要匯編[C];1994年

3 李松林;盧俊;徐瑚珊;諸永泰;;一個(gè)氣體電離室IC+PSSD望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)[A];第8屆全國(guó)核電子學(xué)與核探測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（一）[C];1996年

4 王洋;張景旭;郭勁;;自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)在大口徑望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的應(yīng)用[A];2007'中國(guó)儀器儀表與測(cè)控技術(shù)交流大會(huì)論文集（二）[C];2007年

5 趙有雄;郭忠言;詹文龍;馮恩普;郗鴻飛;周建群;王金川;羅永鋒;雷懷宏;;一種高性能飛行時(shí)間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)[A];第九屆全國(guó)核物理大會(huì)論文摘要匯編[C];1994年

6 鮮浩;葉紅衛(wèi);楊澤平;;應(yīng)用哈特曼傳感器測(cè)量望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)波像差[A];第六屆全國(guó)激光科學(xué)技術(shù)青年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2001年

7 蘭長(zhǎng)林;阮錫超;劉剛;周祖英;唐洪慶;孔祥忠;;中能中子(n，x)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究裝置的研制與應(yīng)用[A];第十三屆全國(guó)核物理大會(huì)暨第八屆會(huì)員代表大會(huì)論文摘要集[C];2007年

8 吳伯冰;吳勇;李延國(guó);楊家偉;楊虎之;華東;張國(guó)棟;吳枚;;HAPI-4智能化物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)[A];中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間探測(cè)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第八次學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1995年

9 譚繼廉;王小兵;張金霞;盧子偉;鮑志勤;李存t，

本文編號(hào)：2638217