大口径低温反射镜支撑结构设计技术研究
发布时间：2021-03-29 11:07
如今航天技术日新月异,中国也逐渐向着航天强国迈进。航天科技的发展带动了空间探测技术的进步,探测精度越来越高,分辨率也不断提升,对航天遥感器技术指标要求越来越苛刻;同时航天遥感器的外太空工作环境复杂,这对探测器性能稳定提出了更高的要求。本文针对大口径低温反射镜支撑技术主要进行了如下研究:通过某相机光学系统设计结果中的主反射镜相关参数和指标要求,对反射镜进行轻量化结构设计并且对其相关设计变量进行优化;通过有限元分析软件分析对比各种支撑方式下反射镜的镜面变形程度,最终确定选用背部支撑方式;通过对反射镜不同支撑点位置镜面变形的仿真分析以及反射镜支撑结构安全公式的研究确定了支撑结构采用6点支撑,并找到支撑点适宜的位置。根据不同工作环境对反射镜组件的指标要求,分别设计了三种阶段下的大口径反射镜支撑结构;利用有限元软件对不同反射镜组件进行仿真分析,分析结果均满足反射镜镜面精度指标要求;另外对发射阶段支撑结构承受力学环境的情况进行考察,验证结果符合要求,表明了反射镜支撑结构的合理性。
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GalileoAvionicaSiC反射镜运动学支撑组件
С沤峁菇?瓷渚底榧?芭湓凇?-2-1型”运动学支撑座的三个低摩擦球形轴承上，最后又装配到铜环形安装基板上，其中三个弹簧柱塞用于为球形轴承提供预载，三条铜导热带用于增加与反射镜间的导热性能[6,7]。经测定，常温重力环境下反射镜的面型PV=0.0068λ，RMS=0.0016λ，20K低温重力环境下反射镜的面型PV=0.0869λ，RMS=0.0162λ。测试结果表明此种支撑形式在低温环境下的工作性能卓越[8]。图1.1GalileoAvionicaSiC反射镜运动学支撑组件为提高反射镜的定位和面型精度，GabbyKroes等人对这种支撑的结构形式作了进一步改进，如图1.2所示。其中反射镜背部基座的中心销钉孔用于精确定位，3道经尺寸优化的细槽将反射镜主体与3个螺栓孔及防转销钉孔隔开。这些细槽的设置，不但增加了背部法兰盘的柔性，还延长了装配面处的装配应力及热应力与反射镜主体之间的传导路径，因此可得到更好的光学性能。图1.2改进后支撑结构EToddKvamme提出了一个已通过振动和热真空测试验证的安装座，可以成功安装大型（70mm-94mm）氟化锂光学器件，用于太空，讨论了显示光学器件在空间发射振动
北华航天工业学院硕士学位论文3环境中的存活率以及冷却至30K的运行热环境，该安装座主要安装在集成科学仪器模块（ISIM）中的科学仪器上面[9,10]。装配后的反射镜组件如图1.3所示。ABoesz设计了一种新型的支撑结构应用于EUCLID近红外光谱仪和光度计（NISP）的光学系统中，该支撑结构利用适配环提供所需的位置精度，保证镜头在环境以及工作温度下的公差和稳定性[11]。图1.4说明了适配环的设计。韩国科研院的HagyongKihm等人采用了侧面支撑的支撑方式，反射镜的直径为1000mm，采用微晶玻璃材料，他们所设计的支撑结构主要是在反射镜的侧面加工了三个安装凸台，然后有柔性三脚架与凸台相连接，实现了对反射镜的柔性支撑方式。其主要支撑结构如图1.5所示[12]。俄罗斯的一些专家也有做过关于大口径低温反射镜支撑结构的研究，他们设计的支撑结构则普遍采用在反射镜背部中心位置加工盲孔，盲孔与可卸载重力、应力的相关柔性支撑元件连接的支撑方式[13,14]。图1.3反射镜组件图1.4适配环的设计图1.5柔性侧面支撑结构1.2.2国内研究现状国内有关于大口径反射镜支撑结构技术的研究有许多，支撑方式大多数都是不相同的，主要采用背部支撑与侧面支撑相结合的支撑方式，少数采用中心支撑、周边支撑等支撑方式。背部支撑的原理主要是通过背部设置一定的连接孔，在连接孔处通过胶与热膨胀系数相接近的柔性结构相粘接，这种支撑方式可以较好的卸载掉大口径反射镜的重力，而且在一定程度上能减少反射镜镜面由于环境温度差造成的结构热变形[15-17]。侧面支撑的原理则是在反射镜的侧面安装凸台或是柔性铰链等类似的支撑结构，可选择与反射镜热膨胀系数相近的支撑结构机械连接，也可用胶粘接[18]。柳鸣，张立中等人对某型号相机中的反射镜组件进行了技术研究，反射镜组件
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间轻小型反射镜柔性支撑设计与动力学分析[J]. 柳鸣,张立中,李响,李小明,张家齐,孟立新,刘俊杰. 光电工程. 2018(05)
[2]空间相机高精度反射镜设计与环境适应性分析[J]. 吴俊,姜宏佳,罗廷云,姜彦辉,孙世君,程少园. 环境技术. 2018(02)
[3]超轻反射镜串联柔性支撑结构优化设计[J]. 张雷,柯善良,李林,贾学志,杜一民. 光子学报. 2018(01)
[4]空间遥感器反射镜组件结构设计方法[J]. 王克军,宣明,董吉洪,李威,张缓缓. 红外与激光工程. 2016(11)
[5]大口径空间相机地面装调时的重力卸载方法[J]. 李玲,赵野. 航天返回与遥感. 2016(05)
[6]空间遥感器反射镜组件的设计与有限元分析[J]. 孙宝龙,董吉洪,薛闯,张缓缓,孙丽军,张立浩. 长春理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[7]大尺寸长圆形反射镜刃状柔性支撑优化设计[J]. 杨利伟,李志来,辛宏伟,关英俊. 计算机仿真. 2016(04)
[8]长条形反射镜支撑结构设计与分析[J]. 刘福贺,程志峰,石磊,徐宁,管坐辇. 红外与激光工程. 2015(05)
[9]大口径空间反射镜组件结构设计与分析[J]. 关英俊,辛宏伟,李志来,徐宏. 激光与红外. 2014(07)
[10]空间反射镜的轻量化及支撑设计研究[J]. 陈洪达,陈永和,史婷婷,刘晓华,傅雨田. 红外与激光工程. 2014(02)
硕士论文
[1]大口径空间Sic反射镜检测中重力和应力解耦技术研究[D]. 胡文琦.南京理工大学 2017
[2]低温大口径反射镜支撑装调系统研究[D]. 邱成波.哈尔滨工业大学 2016
[3]空间反射镜镜片及其支撑结构分析与设计[D]. 柯瑞.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3107445
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GalileoAvionicaSiC反射镜运动学支撑组件
С沤峁菇?瓷渚底榧?芭湓凇?-2-1型”运动学支撑座的三个低摩擦球形轴承上，最后又装配到铜环形安装基板上，其中三个弹簧柱塞用于为球形轴承提供预载，三条铜导热带用于增加与反射镜间的导热性能[6,7]。经测定，常温重力环境下反射镜的面型PV=0.0068λ，RMS=0.0016λ，20K低温重力环境下反射镜的面型PV=0.0869λ，RMS=0.0162λ。测试结果表明此种支撑形式在低温环境下的工作性能卓越[8]。图1.1GalileoAvionicaSiC反射镜运动学支撑组件为提高反射镜的定位和面型精度，GabbyKroes等人对这种支撑的结构形式作了进一步改进，如图1.2所示。其中反射镜背部基座的中心销钉孔用于精确定位，3道经尺寸优化的细槽将反射镜主体与3个螺栓孔及防转销钉孔隔开。这些细槽的设置，不但增加了背部法兰盘的柔性，还延长了装配面处的装配应力及热应力与反射镜主体之间的传导路径，因此可得到更好的光学性能。图1.2改进后支撑结构EToddKvamme提出了一个已通过振动和热真空测试验证的安装座，可以成功安装大型（70mm-94mm）氟化锂光学器件，用于太空，讨论了显示光学器件在空间发射振动
北华航天工业学院硕士学位论文3环境中的存活率以及冷却至30K的运行热环境，该安装座主要安装在集成科学仪器模块（ISIM）中的科学仪器上面[9,10]。装配后的反射镜组件如图1.3所示。ABoesz设计了一种新型的支撑结构应用于EUCLID近红外光谱仪和光度计（NISP）的光学系统中，该支撑结构利用适配环提供所需的位置精度，保证镜头在环境以及工作温度下的公差和稳定性[11]。图1.4说明了适配环的设计。韩国科研院的HagyongKihm等人采用了侧面支撑的支撑方式，反射镜的直径为1000mm，采用微晶玻璃材料，他们所设计的支撑结构主要是在反射镜的侧面加工了三个安装凸台，然后有柔性三脚架与凸台相连接，实现了对反射镜的柔性支撑方式。其主要支撑结构如图1.5所示[12]。俄罗斯的一些专家也有做过关于大口径低温反射镜支撑结构的研究，他们设计的支撑结构则普遍采用在反射镜背部中心位置加工盲孔，盲孔与可卸载重力、应力的相关柔性支撑元件连接的支撑方式[13,14]。图1.3反射镜组件图1.4适配环的设计图1.5柔性侧面支撑结构1.2.2国内研究现状国内有关于大口径反射镜支撑结构技术的研究有许多，支撑方式大多数都是不相同的，主要采用背部支撑与侧面支撑相结合的支撑方式，少数采用中心支撑、周边支撑等支撑方式。背部支撑的原理主要是通过背部设置一定的连接孔，在连接孔处通过胶与热膨胀系数相接近的柔性结构相粘接，这种支撑方式可以较好的卸载掉大口径反射镜的重力，而且在一定程度上能减少反射镜镜面由于环境温度差造成的结构热变形[15-17]。侧面支撑的原理则是在反射镜的侧面安装凸台或是柔性铰链等类似的支撑结构，可选择与反射镜热膨胀系数相近的支撑结构机械连接，也可用胶粘接[18]。柳鸣，张立中等人对某型号相机中的反射镜组件进行了技术研究，反射镜组件
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间轻小型反射镜柔性支撑设计与动力学分析[J]. 柳鸣,张立中,李响,李小明,张家齐,孟立新,刘俊杰. 光电工程. 2018(05)
[2]空间相机高精度反射镜设计与环境适应性分析[J]. 吴俊,姜宏佳,罗廷云,姜彦辉,孙世君,程少园. 环境技术. 2018(02)
[3]超轻反射镜串联柔性支撑结构优化设计[J]. 张雷,柯善良,李林,贾学志,杜一民. 光子学报. 2018(01)
[4]空间遥感器反射镜组件结构设计方法[J]. 王克军,宣明,董吉洪,李威,张缓缓. 红外与激光工程. 2016(11)
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[6]空间遥感器反射镜组件的设计与有限元分析[J]. 孙宝龙,董吉洪,薛闯,张缓缓,孙丽军,张立浩. 长春理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[7]大尺寸长圆形反射镜刃状柔性支撑优化设计[J]. 杨利伟,李志来,辛宏伟,关英俊. 计算机仿真. 2016(04)
[8]长条形反射镜支撑结构设计与分析[J]. 刘福贺,程志峰,石磊,徐宁,管坐辇. 红外与激光工程. 2015(05)
[9]大口径空间反射镜组件结构设计与分析[J]. 关英俊,辛宏伟,李志来,徐宏. 激光与红外. 2014(07)
[10]空间反射镜的轻量化及支撑设计研究[J]. 陈洪达,陈永和,史婷婷,刘晓华,傅雨田. 红外与激光工程. 2014(02)
硕士论文
[1]大口径空间Sic反射镜检测中重力和应力解耦技术研究[D]. 胡文琦.南京理工大学 2017
[2]低温大口径反射镜支撑装调系统研究[D]. 邱成波.哈尔滨工业大学 2016
[3]空间反射镜镜片及其支撑结构分析与设计[D]. 柯瑞.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3107445
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