薄膜衍射主镜拼接机构优化设计

发布时间：2021-01-17 09:00

　　高精度大口径望远镜是空间光学领域重要的研究内容。与反射式光学系统相比,以薄膜材料为镜面的衍射成像方式,具有能够实现大口径、轻量化等特点,并能显著节省制造和发射成本。子镜拼接技术是实现大口径的另一种方式,近年来也得到了人们的广泛关注,子镜拼接技术是将小口径子镜按照一定的规律拼接成大口径主镜,该种拼接方式能有效减小发射运载火箭的体积、承载重量,具有广阔的应用前景。本文针对薄膜衍射拼接光学系统的地面装置,从薄膜镜面面形分析、拼接装置结构设计到装置精度进行了研究,主要研究内容分为以下几个方面:首先,基于薄板大变形理论以及有限元分析软件计算了薄膜子镜在重力作用下的变形,分析了子镜在各种工况下面形分布规律,采用施加预应力的措施将面形精度提高到了PV≤0.15μm;其次,设计了薄膜衍射主镜拼接机构,该机构能够实现薄膜子镜沿三个坐标轴的平移和旋转运动,针对机构中主要设计元件进行了结构、尺寸、刚度等计算和分析,经分析驱动轴整体的调整精度可以达到0.3nm,轴向拉伸刚度为18.6N/μm,径向弯曲刚度为0.0074N/μm;最后,对薄膜子镜拼接装置进行耦合及精度分析,通过建立子镜与调整元件之间的几何关系模... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Echo1充气卫星图

1.2.1 充气式薄膜反射镜的研究现状充气薄膜关键问题是薄膜面形精度的控制，由于气体具有很强的流动性，因此很难实现精确的抛物面或者球面面形，主要是存在 Henky-curve 偏离。目前针对充气薄膜的研究大部分都处于研制阶段，而精度要求相对较低的领域，已经成功应用充气薄膜技术，例如充气天线(Space Inflatable Antenna，SIA)、充气合成孔径雷达(Inflatable SyntheticAperture Radar，SIAR)等。最早应用充气薄膜技术的是 1960 年 8 月 12 日发射的 Echo[1]卫星，该卫星由NASA 研制，如图 1-1 所示。其使用的是 12.7μm 厚的聚酯薄膜，卫星反射镜口径达到了 30.5m，重 76kg，该卫星主要反射 960 和 2390MHz 无线电信号。L．Garde 公司对充气薄膜进行了较长时间的研究[2]。L．Garde 于 1996 年完成了充气式天线实验，如图 1-2 所示。该实验以 25μm 的镀铝薄膜作为反射镜材料，口径达到了 14m，最终实现中心 8m 范围内 1.5mm 的面形精度。之后该公司还制作了一系列的充气式反射镜，其中 IRD 充气薄膜精度达到了 1.2mm。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文研究中心 Mingwansoh 等人采用偶个波长，在此基础上，通过限制口径可见光波段，因此此项研究为充气础[4]。射镜的国内外研究现状膜在面形控制上具有很大优势，但膜研究的主要有美国等国家。如图 1五环静电薄膜实验，给出了非均布电薄膜的发展奠定了基础。


本文编号：2982567