正六边形反射镜支撑结构设计

发布时间：2021-06-17 09:27

　　研究了正六边形主镜的支撑结构组件,对主镜组件进行了材料选择、结构形式与尺寸参数设计、仿真分析和试验验证。首先,针对使用要求,对主镜进行了材料选择,确定主镜材料为微晶玻璃,并进行了轻量化设计,对边320 mm的正六边形主镜最终重量约为7 kg,轻量化率为57%;其次,确定主镜支撑采取背部三点的支撑方式,支撑点分布圆为?184 mm,对支撑组件中的镶嵌件、柔节和支撑背板进行了材料选择,并给出了组件的装配工艺,采取正交试验和有限元仿真相结合的研究方法对支撑组件中的柔节进行了优化设计,给出了柔节优化后的尺寸参数,分析结果表明:在1 g、-2℃工况及1 g、2℃工况下因结构支撑引入的面形误差分别为3.9 nm RMS和5.2 nm RMS,能够满足光学指标要求;最后,对组件进行了实物试验,试验结果表明:在室温18℃下检测其面形精度RMS为0.018 9λ（λ=632.8 nm）,在室温20℃下检测其面形精度RMS为0.019 6λ,获得了比较好的面形精度,验证了结构设计的合理性,具备良好的性能,满足系统使用要求。 

【文章来源】：长春理工大学学报(自然科学版). 2020,43(03)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

镜体支撑组件结构

反射镜工作状态为光轴竖直状态（90°状态），其中，定义光轴水平状态为0°，所受载荷为重力和±2℃温度载荷，要求结构支撑下的两种工况下镜面精度RMS均小于0.02λ（λ=632.8 nm），最大刚体位移小于2μm，以面形精度和刚体位移为评价目标，采取有限元工程仿真分析的方法进行柔节的优化设计。影响柔节性能的主要尺寸参数如图4所示，包括：柔节的径向厚度b；柔槽间距t；柔槽的长度L；两组互成90°柔槽端部距离K；柔节割槽角度θ。采取正交优化方法对柔节的相关尺寸参数进行设计[19]，依据以往工程经验，各尺寸参数设计水平如表3所示。

柔节是支撑组件中的关键部件，柔性支撑的作用一方面在于起到隔振的作用，另一方面可以吸收绝大部分的装配应力避免应力传导至镜体上影响镜面面形精度，且当外界温度变化时，镜体与其支撑结构之间材料热特性的不匹配可以通过柔节给予补偿[17-18]。柔节采取如图3所示的结构形式，通过线切割加工出互成90°垂直的两组柔槽，以实现万向自由度的应力释放功能。反射镜工作状态为光轴竖直状态（90°状态），其中，定义光轴水平状态为0°，所受载荷为重力和±2℃温度载荷，要求结构支撑下的两种工况下镜面精度RMS均小于0.02λ（λ=632.8 nm），最大刚体位移小于2μm，以面形精度和刚体位移为评价目标，采取有限元工程仿真分析的方法进行柔节的优化设计。影响柔节性能的主要尺寸参数如图4所示，包括：柔节的径向厚度b；柔槽间距t；柔槽的长度L；两组互成90°柔槽端部距离K；柔节割槽角度θ。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Whiffletree结构中的柔节设计[J]. 王克军,董吉洪,宣明,张缓缓,张立浩,孙丽军.  长春理工大学学报(自然科学版). 2015(04)
[2]月基极紫外相机反射镜与探测器间支撑结构[J]. 王智,王忠素.  仪器仪表学报. 2013(01)
[3]长条形空间反射镜及其支撑结构设计[J]. 李志来,徐宏.  光学精密工程. 2011(05)
[4]小型轻质长条反射镜挠性支撑方案研究[J]. 辛宏伟.  光机电信息. 2010(07)
[5]1.2m SiC主镜轻量化设计与分析[J]. 王富国,杨洪波,赵文兴,杨飞.  光学精密工程. 2009(01)

硕士论文
[1]双弯振模态转换型压电电机研制[D]. 于夫男.哈尔滨工业大学 2012



本文编号：3234933