超大口径反射镜镜面—支撑耦合系统的分级布局优化
发布时间：2021-10-30 05:31
在超大口径原位加工与检测中,目前多采用被动式Whiffletree液压支撑系统,而该类支撑单元的轴向刚度存在较大差异性,将显著影响支撑系统的高度稳定性,降低反射镜的加工精度。本文运用理论分析、经验设计、有限元分析和结构优化相结合的方法,设计了4 m口径轻量化反射镜。以它为模型,针对静压支撑系统的刚度差异问题,研究了静压支撑单元的支点位置、单元刚度分级布局优化方法。具体研究内容如下:第一部分是反射镜设计。以不同口径的“实心圆板”为模型,根据其支撑位置优化结果,确定了4个支撑圈的支撑半径与圆板口径的定量关系,并结合传统经验公式初步设计了4 m轻量化反射镜。通过集成优化方法,对轻量化反射镜进行了结构优化。优化后,镜体质量从3.15 t减少到1.44 t,减轻了54.13%;光轴竖直方向,1g重力下,面形精度RMS值为11.58 nm,均满足设计指标。第二部分是支撑刚度和支撑位置分级布局优化。分析了静压支撑单元的刚度差异对反射镜面形精度的影响。提出了自适应几何更新的支撑单元刚度和支撑位置分级布局优化方法。针对等力静压支撑系统搭建支撑刚度和支撑位置分级布局优化流程,针对不等力静压支撑系统搭建了支...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SNAP支撑结构示意图
第1章绪论3图1.2SPICA支撑结构示意图主镜由18块镜子组成的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），通过子镜与一个桁架结构相连接的方式，对每个子镜进行支撑，每个子镜背部均安装了促动器，对其所在的空间位置进行调整，保证主镜在轨运行时的面形精度。整个反射镜在发射时处于折叠状态，在轨运行时进行展开，这种方式节约了运载火箭的空间[6,7]，JWST子镜支撑结构示意图如图1.3所示。图1.3JWST子镜支撑结构示意图Itek公司为了保证某1.8m口径轻量化主镜的光学加工质量，设计了由27个液压支撑相连接的被动静压支撑方案，由于液压支撑不能限制全部的空间6自由度，还设置了3个定位支撑。由于相同连组的液压支撑输出力相同，所以此套支撑方案无需
第1章绪论3图1.2SPICA支撑结构示意图主镜由18块镜子组成的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），通过子镜与一个桁架结构相连接的方式，对每个子镜进行支撑，每个子镜背部均安装了促动器，对其所在的空间位置进行调整，保证主镜在轨运行时的面形精度。整个反射镜在发射时处于折叠状态，在轨运行时进行展开，这种方式节约了运载火箭的空间[6,7]，JWST子镜支撑结构示意图如图1.3所示。图1.3JWST子镜支撑结构示意图Itek公司为了保证某1.8m口径轻量化主镜的光学加工质量，设计了由27个液压支撑相连接的被动静压支撑方案，由于液压支撑不能限制全部的空间6自由度，还设置了3个定位支撑。由于相同连组的液压支撑输出力相同，所以此套支撑方案无需
【参考文献】：
期刊论文
[1]分体式超大口径空间遥感器技术及其发展[J]. 杨会生,张学军,李志来,鲍赫,樊延超. 光学精密工程. 2018(06)
[2]4m口径SiC反射镜原位检测用静压支撑系统[J]. 胡海飞,赵宏伟,刘振宇,罗霄,张学军. 光学精密工程. 2017(10)
[3]空间反射镜新材料研究进展[J]. 王永杰,解永杰,马臻,许亮,丁蛟腾. 材料导报. 2016(07)
[4]超大口径光学制造均力支撑布局优化[J]. 胡海飞,罗霄,辛宏伟,戚二辉,郑立功,张学军. 光学学报. 2014(04)
[5]国外空间反射镜材料及应用分析[J]. 刘韬,周一鸣,江月松. 航天返回与遥感. 2013(05)
[6]空间相机1m口径反射镜组件结构设计[J]. 徐宏,关英俊. 光学精密工程. 2013(06)
[7]模态振型拟合薄镜面变形分析[J]. 陈夫林,张景旭,吴小霞,孙敬伟,丛俊峰. 红外与激光工程. 2011(11)
[8]消除轻质反射镜“压印效应”的技术研究[J]. 钟显云,徐清兰,范斌. 光学学报. 2011(07)
[9]620mm薄镜面的主动支撑结构及面形校正[J]. 陈夫林,张景旭,吴小霞,范磊. 光学精密工程. 2011(05)
[10]Zernike多项式波面拟合精度研究[J]. 冯婕,白瑜,邢廷文. 光电技术应用. 2011(02)
博士论文
[1]薄型主镜面形主动控制技术研究[D]. 戴晓霖.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018
[2]天基大口径反射镜轻量化设计及复合支撑技术研究[D]. 王克军.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[3]光机热一体化研究及成像分析[D]. 宋席发.北京理工大学 2015
[4]2m级地基望远镜SiC主镜轻量化设计及支撑技术研究[D]. 范磊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
硕士论文
[1]空间相机反射镜及其支撑结构优化设计研究[D]. 李慎华.长春工业大学 2018
[2]光学自由曲面加工误差对光学性能影响的分析方法研究[D]. 田霏.天津大学 2016
[3]光机热集成分析方法与技术研究[D]. 温敬阳.西安电子科技大学 2008
[4]光机集成有限元分析光学面形后处理研究与实现[D]. 李贤辉.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
本文编号：3466148
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SNAP支撑结构示意图
第1章绪论3图1.2SPICA支撑结构示意图主镜由18块镜子组成的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），通过子镜与一个桁架结构相连接的方式，对每个子镜进行支撑，每个子镜背部均安装了促动器，对其所在的空间位置进行调整，保证主镜在轨运行时的面形精度。整个反射镜在发射时处于折叠状态，在轨运行时进行展开，这种方式节约了运载火箭的空间[6,7]，JWST子镜支撑结构示意图如图1.3所示。图1.3JWST子镜支撑结构示意图Itek公司为了保证某1.8m口径轻量化主镜的光学加工质量，设计了由27个液压支撑相连接的被动静压支撑方案，由于液压支撑不能限制全部的空间6自由度，还设置了3个定位支撑。由于相同连组的液压支撑输出力相同，所以此套支撑方案无需
第1章绪论3图1.2SPICA支撑结构示意图主镜由18块镜子组成的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），通过子镜与一个桁架结构相连接的方式，对每个子镜进行支撑，每个子镜背部均安装了促动器，对其所在的空间位置进行调整，保证主镜在轨运行时的面形精度。整个反射镜在发射时处于折叠状态，在轨运行时进行展开，这种方式节约了运载火箭的空间[6,7]，JWST子镜支撑结构示意图如图1.3所示。图1.3JWST子镜支撑结构示意图Itek公司为了保证某1.8m口径轻量化主镜的光学加工质量，设计了由27个液压支撑相连接的被动静压支撑方案，由于液压支撑不能限制全部的空间6自由度，还设置了3个定位支撑。由于相同连组的液压支撑输出力相同，所以此套支撑方案无需
【参考文献】：
期刊论文
[1]分体式超大口径空间遥感器技术及其发展[J]. 杨会生,张学军,李志来,鲍赫,樊延超. 光学精密工程. 2018(06)
[2]4m口径SiC反射镜原位检测用静压支撑系统[J]. 胡海飞,赵宏伟,刘振宇,罗霄,张学军. 光学精密工程. 2017(10)
[3]空间反射镜新材料研究进展[J]. 王永杰,解永杰,马臻,许亮,丁蛟腾. 材料导报. 2016(07)
[4]超大口径光学制造均力支撑布局优化[J]. 胡海飞,罗霄,辛宏伟,戚二辉,郑立功,张学军. 光学学报. 2014(04)
[5]国外空间反射镜材料及应用分析[J]. 刘韬,周一鸣,江月松. 航天返回与遥感. 2013(05)
[6]空间相机1m口径反射镜组件结构设计[J]. 徐宏,关英俊. 光学精密工程. 2013(06)
[7]模态振型拟合薄镜面变形分析[J]. 陈夫林,张景旭,吴小霞,孙敬伟,丛俊峰. 红外与激光工程. 2011(11)
[8]消除轻质反射镜“压印效应”的技术研究[J]. 钟显云,徐清兰,范斌. 光学学报. 2011(07)
[9]620mm薄镜面的主动支撑结构及面形校正[J]. 陈夫林,张景旭,吴小霞,范磊. 光学精密工程. 2011(05)
[10]Zernike多项式波面拟合精度研究[J]. 冯婕,白瑜,邢廷文. 光电技术应用. 2011(02)
博士论文
[1]薄型主镜面形主动控制技术研究[D]. 戴晓霖.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018
[2]天基大口径反射镜轻量化设计及复合支撑技术研究[D]. 王克军.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[3]光机热一体化研究及成像分析[D]. 宋席发.北京理工大学 2015
[4]2m级地基望远镜SiC主镜轻量化设计及支撑技术研究[D]. 范磊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
硕士论文
[1]空间相机反射镜及其支撑结构优化设计研究[D]. 李慎华.长春工业大学 2018
[2]光学自由曲面加工误差对光学性能影响的分析方法研究[D]. 田霏.天津大学 2016
[3]光机热集成分析方法与技术研究[D]. 温敬阳.西安电子科技大学 2008
[4]光机集成有限元分析光学面形后处理研究与实现[D]. 李贤辉.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
本文编号：3466148
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