提高光机热集成分析精度的关键技术研究

发布时间：2017-12-04 11:09

  本文关键词：提高光机热集成分析精度的关键技术研究

  更多相关文章： 空间相机设计方法 有限元 光机热集成分析 热光试验

【摘要】：空间相机的光机热集成分析与设计方法是系统工程论的最新应用发展,而集成分析的精度是制约其应用的关键。本文以在集成分析应用与试验的方法上为突破,实现提高光机热集成分析精度的目标,开展了相关研究工作。论文研究发现,在基于光机热集成分析相机设计方法中,提高光机热集成分析精度的关键包括:1)空间相机光机热集成分析精度的提高,依赖于对基于光机热集成分析的相机设计方法研究。从系统工程角度,挖掘光、机、热学科内部和各学科间控制和提高集成分析精度的。2)光机热集成分析首先需要解决光学、结构、热控软件间的数据异构和共基准问题。在提高数据传递效率的同时,研究降低数据传递误差的方法;3)相机在轨工作时,热致形变是影响相机光学性能的重要因素。对热应力理论与仿真方法研究是挖掘影响光机性能的重要方法,也是相机光、机、热学科内开展的优化的重要依据;4)集成分析约束设计与处理准则是提高精度的基础。集成分析的流程化是确保学科内和学科间模型、边界条件、优化目标等合理、有效、有序实施的保证。也是从系统角度提高集成分析精度的有效方法;5)模型的校验方法是提高精度的关键手段。光机热集成分析精度的提高不仅依赖仿真分析过程的控制,更需要对光机热试验技术和方法的研究。通过试验校验仿真分析模型和仿真分析方法是提高仿真分析精度的关键方法。为突破解决以上关键问题,论文研究工作有以下创新点:1)为了降低光学、热学、力学模型间配准误差对集成分析精度的影响,运用系统工程论的理念,提出统一绝对坐标系作为光学、热学、结构模型配准的基准的方法。解决了学科间不同软件、不同模型的准确、快速配准问题;2)提出用集成分析验证光学设计温度适应性的方法,用集成分析方法直接获得相对温度场对不同面形的影响效果。解决了依靠理论公式计算温度对二次、高次面形、自由曲面面形等影响过程复杂,且不易实现的问题。基于此,提出了光学设计温度适应性的优化需求,根据相机应用、环境要求合理选择面形形式是对相机优化方向的重要补充,并有助于相机设计资源合理分配3)光机热集成分析中,热分析温度场向结构分析模型传递误差是影响集成分析精度的重要因素之一,本文基于空间相机温度场的特殊性,提出一种热模型和结构分析模型要保持“形貌”特征相似前提下的有限范围内映射方法,提高了映射温度场的准确性。解决了热分析获得的温度场向结构分析模型传递容易产生偏差的问题4)将集成分析技术应用于相机反射镜组件检测工装设计、相机地面测试、试验等环节。通过相机光学性能评价工装设计的可行性以及测试环境对相机性能影响,这是集成分析在相机研制过程中的深入应用;5)初步实现了基于相机光学性能的星载布局、卫星姿态控制的光机热集成分析应用上的突破,这也是基于相机光机热集成分析技术在星载一体化应用上的初步探索。在解决集成分析技术关键问题过程中,形成了以下成果:1)提出了基于绝对坐标系的光学、结构、热控模型配准方法,能够有效的提高集成分析数据传递效率和降低数据传递误差;2)形成了涵盖了相机设计、工艺验证、测试、试验的集成分析流程;3)完成了光机热集成分析试验方法的研究和胶接工艺验证试验方法设计,为集成分析精度的提高奠定了基础。通过论文的研究工作,使光机热集成分析在空间相机设计上的应用提高到系统化、流程化的水平。提高了集成分析精度。同时,该研究有望推广到星载一体化布局和设计领域,对于工程研制有重要的理论意义和应用价值。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V445.8

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本文编号：1250778