基于带状弹簧的薄膜主镜支撑及自展开机构的设计与检测

发布时间：2017-10-18 18:34

  本文关键词：基于带状弹簧的薄膜主镜支撑及自展开机构的设计与检测

  更多相关文章： 自展开机构 带状弹簧 应变能分析 模态分析 PSD位置传感器 重复定位精度

【摘要】：目前,展开机构在航空、航天领域越来越得到广泛应用,其中,可展开望远镜由于发射时所占体积小,发射成本低,成为国内外学者研究的一个重要领域。本文设计了一种基于带状弹簧的薄膜主镜支撑自展开机构,该机构以薄膜光子筛为衍射元件,该机构压缩后所占体积较小,可以应用于微卫星平台。在卫星发射过程中,带状弹簧压缩,机构处于压缩状态,当达到预定轨道后,机构在地面指令控制作用下自动展开,进入工作状态。这种自展开衍射望远镜系统具有大口径、高分辨率、结构轻量化、空间可展开、公差要求低、易复制的特点,具有较好的应用前景。本文首先建立基于带状弹簧的自展开机构的三维模型,并分析其工作原理。对动力元件带状弹簧的卷曲应变能进行分析,合理选择带状弹簧的厚度与向心角。对薄膜主镜进行静力学分析,其面外变形量最大为3.26?m,满足光程差小于?/10,满足精度要求。对机构整体进行模态分析,得到机构基频为17.3Hz,可以预测展开后机构的动态特性,发现自展开机构的薄弱环节出现在带状弹簧处,为改进工作提供依据。然后提出一种测量薄膜主镜重复定位精度的方法,即检测薄膜主镜六自由度变化量。该测量系统基于位置敏感探测器(PSD),包含三个半导体激光器、三个小反射镜、三个PSD传感器,利用光线追迹方法推导了影响薄膜主镜失调量与PSD输出值的方程组。最后进行机构的压缩、展开实验,观察其展开效果,并通过实验装置测量薄膜主镜的六自由度变化量,验证其失调量大小是否满足衍射成像系统的要求。
【关键词】：自展开机构 带状弹簧 应变能分析 模态分析 PSD位置传感器 重复定位精度
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V423
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题研究背景及意义12
• 1.2 航天领域已有的可展开机构12-15
• 1.3 展开望远镜新的结构形式15-17
• 1.4 衍射望远镜发展现状17-21
• 1.5 本文主要工作21-22
• 第2章 基于带状弹簧的自展开机构设计22-30
• 2.1 自展开机构工作原理22-25
• 2.1.1 基于带状弹簧的自展开机构工作原理22-23
• 2.1.2 约束/释放机制的设计23-25
• 2.2 自展开机构结构设计25-29
• 2.2.1 机构重要组件的设计25-28
• 2.2.2 检测装置设计28-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 基于带状弹簧的自展开机构力学分析30-46
• 3.1 薄膜主镜设计与分析30-32
• 3.2 带状弹簧应变能分析32-38
• 3.2.1 各向同性材料本构关系32-34
• 3.2.2 弯曲应变能与拉伸应变能34-38
• 3.3 自展开机构展开后的模态分析38-40
• 3.4 有限元法求解系统固有频率40-44
• 3.4.1 利用有限元软件求解系统固有频率的步骤40-41
• 3.4.2 基于带状弹簧自展开机构的模态分析41-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 自展开机构重复定位精度计算原理46-56
• 4.1 位置敏感探测器（PSD）46-48
• 4.1.1 PSD工作原理与应用46-47
• 4.1.2 PSD的主要性能参数47-48
• 4.2 薄膜主镜失调量测量方案设计48-50
• 4.2.1 测量方案设计48-49
• 4.2.2 测量方案分析49-50
• 4.3 薄膜主镜失调量计算方法50-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 实验验证56-66
• 5.1 带状弹簧参数的选择56-59
• 5.1.1 带状弹簧卷曲过程有限元数值模拟56
• 5.1.2 带状弹簧应变能影响因素56-59
• 5.2 基于带状弹簧的自展开机构的展开实验59-62
• 5.2.1 实验装置59-60
• 5.2.2 展开实验60-62
• 5.3 薄膜主镜失调量测量实验62-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第6章 结论与展望66-70
• 6.1 论文的主要研究成果与创新之处66-67
• 6.2 下一步工作计划与展望67-70
• 参考文献70-74
• 在学期间学术成果情况74-75
• 指导教师及作者简介75-76
• 致谢76

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本文编号：1056482