空间大口径光学主镜展开机构设计

发布时间：2017-10-22 19:11

  本文关键词：空间大口径光学主镜展开机构设计

  更多相关文章： 大口径光学主镜 可展开机构 运动学 动力学

【摘要】：随着空间科学技术的迅猛发展,空间大口径光学相机在深空探测、对地观测等方面发挥着重要作用。分块式可展开光学主镜是目前大口径光学相机的发展趋势,是突破相机大口径难题的有效技术途径。本文提出一种新型空间大口径光学主镜可展开机构,光学主镜为环扇形分块式,并由三个可折展三棱柱支撑臂支撑。对光学主镜可展开机构进行详细的结构设计,对光学主镜可展开单元进行运动学、动力学分析,研制出光学主镜可展开机构的原理样机并进行试验与测试分析,验证可展开机构的展开性能。提出一种由三棱柱可折展桁架式支撑臂和环扇形分块式可展开光学主镜构成的空间大口径光学主镜可展开机构。进行分块式大口径光学主镜的结构设计,包括主镜分块数量的优选、主镜连接锁紧铰链的设计、主镜联动装置的设计。设计可重复折展的支撑臂,并对其折展、锁紧原理进行分析。将主镜可展开单元抽象为空间可展开7R机构,采用空间几何的方法分析主镜可展单元各边角的关系,采用改进型D-H法建立机构的CFD-H坐标系,进一步得到主镜可展单元机构的坐标转换矩阵。通过坐标转换矩阵可得到主镜可展单元任意点相对于基坐标的轨迹、速度及加速度曲线。同时,在ADAMS软件中建立空间7R机构的运动学模型,运动学分析结果与CFD-H计算结果一致,说明所采用的改进型D-H法分析主镜可展单元的运动学特性是可行的。在运动学分析的基础上,推导得出主镜可展单元的拉格朗日函数,计算可展单元匀速展开时所需的力矩,并通过仿真验证理论计算的正确性。建立主镜连接铰链的动力学模型,验证所设计铰链展开锁紧的可靠性,进一步建立整个主镜可展开机构的动力学模型,分析考虑回转关节摩擦阻尼及杆件柔性时,主镜可展机构的展开动力学特性。研制光学主镜可展开机构的原理样机,对整个样机进行展开功能验证试验,验证主镜及支撑臂的展开性能。对支撑臂进行静刚度试验、重复展开精度试验及模态测试;对光学主镜进行展开型面精度试验、模态测试;试验结果与仿真一致。这些将对空间大口径光学系统可展开机构的设计提供思路及数据支持。
【关键词】：大口径光学主镜 可展开机构 运动学 动力学
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V445.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题来源及研究背景和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-20
• 1.2.1 空间可展开光学主镜的发展现状10-16
• 1.2.2 光学主镜分块展开技术的发展现状16-18
• 1.2.4 光学主镜支撑机构的发展现状18-20
• 1.3 本课题主要研究内容20-22
• 第2章 大口径光学主镜可展开机构设计22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 可展开机构总体方案设计22-23
• 2.3 光学主镜结构设计23-31
• 2.3.1 光学主镜分块数量的分析选择24-28
• 2.3.2 主镜连接锁紧铰链的设计28-29
• 2.3.3 主镜联动装置设计29-31
• 2.4 可折展支撑臂设计31-36
• 2.4.1 支撑臂展开原理分析31-33
• 2.4.2 支撑臂结构设计33-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第3章 光学主镜可展机构运动学分析38-53
• 3.1 引言38
• 3.2 主镜可展单元几何特性分析38-43
• 3.3 主镜可展单元的运动学分析43-52
• 3.3.1 坐标系的建立43-45
• 3.3.2 坐标变换45-48
• 3.3.3 轨迹、速度、加速度分析48-51
• 3.3.4 ADAMS运动学仿真51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 光学主镜的动力学特性分析53-64
• 4.1 引言53
• 4.2 主镜可展单元刚体动力学分析53-59
• 4.2.1 模型的建立53-57
• 4.2.2 计算与分析57-59
• 4.3 主镜可展开机构ADAMS动力学仿真分析59-63
• 4.3.1 模型的建立59-61
• 4.3.2 仿真与分析61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 光学主镜可展开机构样机研制及试验分析64-77
• 5.1 引言64
• 5.2 光学主镜可展开机构展开验证试验64-67
• 5.2.1 可展开机构样机研制64-65
• 5.2.2 原理样机展开功能试验65-67
• 5.3 可展开机构精度试验67-70
• 5.3.1 支撑臂重复展开精度测试67-69
• 5.3.2 光学主镜展开型面精度测量69-70
• 5.4 支撑臂静刚度测试70-73
• 5.4.1 轴向压缩刚度试验70-71
• 5.4.2 弯曲刚度试验71-73
• 5.5 可展开机构动力学试验73-76
• 5.5.1 支撑臂模态试验测试73-74
• 5.5.2 主镜模态试验测试74-76
• 5.6 本章小结76-77
• 结论77-78
• 参考文献78-83
• 读硕士学位期间发表的论文及其它成果83-85
• 致谢85

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本文编号：1079690