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空间光学遥感器次镜及次镜支撑研究

于跃

  空间光学遥感器作为在太空中巡天查地的主要载荷,在军用和民用中起到越来越重要的作用。光学元件是遥感器的重要组成部分,其面形精度和位置精度直接关系到系统的成像质量。次镜是光学系统的第二块反射镜,次镜的加工、检测以及装调都是在重力环境下进行的,由于遥感器在轨处于微重力环境,这就要求次镜需具有较高的静态刚度;遥感器在发射及入轨阶段会经历各种严酷的动力学环境,次镜组件必须具有很高的动态刚度,以适应复杂的力学环境;次镜通常位于空间光学遥感器的最前端,距离遥感器与卫星的安装基面最远,对空间热环境的变化最为敏感,空间热环境的剧烈变化直接影响次镜的面形精度和位置精度,进而影响系统的成像质量,这就要求次镜组件必须具有较高的热尺寸稳定性,从而保证遥感器在轨的光学性能。本文以空间光学遥感器的次镜组件为研究对象,开展了以下几个方面的研究工作。首先,从反射镜的设计现状出发,介绍反射镜及支撑设计的基本理论,对几种不同形式的反射镜支撑方式进行对比分析。对有限元分析方法进行介绍,同时对反射镜面形评价方法进行详述。其次,根据相关理论设计次镜轻量化模型,对次镜的基本尺寸的范围进行理论计算,最后,利用UG软件将次镜模型尺寸参数化。对实验设计方法(DOE)进行介绍研究,详述优化设计的相关原理,在ANSYS软件中对次镜参数化模型进行优化设计,实现次镜模型参数的寻优,得到优化模型,并对优化模型进行动力学、静力学分析。再次,通过材料力学相关理论,计算求解一般柔性铰链刚度,将几种常用的柔性铰链切口几何函数代入计算式,分别求得直梁型切口、直梁倒角型切口、直圆型切口柔性铰链的刚度计算公式,利用matlab软件绘制柔度图,分析对比,并利用有限元验证理论计算的准确性。最后,对次镜支撑的其余部分进行设计。对次镜及支撑结构进行动力、静力学分析,结果表明次镜及支撑结构的设计完全满足设计要求。……   
[关键词]:次镜轻量化;次镜支撑;柔性铰链设计;有限元分析
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)2015年