超轻量化SiC反射镜及支撑技术研究

发布时间：2020-05-21 00:59

【摘要】：空间遥感技术的发展,对空间光学系统提出了更高的要求,迫切需求视场宽、口径大、分辨率高、重量轻的空间反射镜。大口径反射镜在支撑点数目有限的情况下,更容易受到重力变形的影响。为了使光学系统具有良好的成像能力,大口径反射镜往往要牺牲重量指标来保证面形精度。随着SiC制备工艺的进步,制造超轻量化反射镜成为可能。研制超轻量化的大口径反射镜,不仅能显著减轻反射镜的重量,而且对提高相机的轻量化水平和敏捷性也有十分积极的作用。空间相机的主反射镜在地面加工、装调,而在空间微重力环境下工作。从制造到入轨运行,反射镜要经历复杂的载荷工况。针对空间反射镜的比刚度、面形精度及热稳定性的要求,设计了一种口径为Φ624mm,采用背部三点支撑方案、三角形加强筋网格的背部开放式超轻量化SiC反射镜。运用光机集成优化方法,将反射镜“试算——评估——校正”的优化流程集成到Isight软件平台,并实现自动化的流程迭代。以反射镜的结构尺寸为变量,以面形精度和重量作为优化目标,开展了全局性、自动化的多目标优化。针对空间反射镜的柔性支撑需求,提出了一种基于直梁圆角型多轴柔性铰链的支撑结构。以柔性铰链两端圆角值、回转中心和反射镜质心平面的距离为变量,分析二者对反射镜面形精度、组件的一阶约束模态频率的影响,得到了柔性支撑结构回转中心必须和反射镜质心平面重合的结论。将分析结果拟合成响应曲面,并依此对支撑结构进行优化。确定支撑结构参数后,对整个反射镜组件进行随机响应分析,获得柔性环节的应力响应和安全系数。设计并制造超轻量化SiC反射镜的铝质力学模拟样机并开展动力学试验,获得了模拟样机的一阶固有频率和在正弦振动输入、随机振动输入下的加速度响应。试验研究检验了柔性支撑结构承受随机振动环境的能力,并指导了有限元模型的修正。论文研究的超轻量化SiC反射镜,经优化后面密度达到37kg/m2。所设计的反射镜组件在检测工况下面形精度优于4nm,同时动态力学性能良好,柔性环节的工作稳定可靠。论文所得到的结果验证了超轻量化SiC反射镜组件的优良性能,论文的方法和结果对空间光学遥感器设计有重要参考价值。
【图文】：

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(b) Φ200mm 和 Φ500mm 口径反射镜的镜坯 1.1 中科院长春光机所张舸研制的超轻量化 SiC 反射技术研究所的张媛媛研制了 Φ510mm 的 SiC 超95mm，，如图 1.2 所示。此反射镜剖面为船型，

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科院光电所张媛媛研制的 Φ510mm 超轻量化军研制了尺寸为 Φ396mm 的超轻量化量为 4.81kg，面密度为 39kg/m2。该反采用背部三点支撑加中心辅助支撑，面
【学位授予单位】：中国科学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】：2017
【分类号】：TH74

【参考文献】