空间大尺寸长条反射镜轻量化及其柔性支撑技术研究
发布时间：2022-12-08 01:50
空间对地光学遥感是保障国家经济建设不可缺少的技术手段,是关乎国家安全的重要技术保障,也是现代化战争制胜的关键。随着卫星遥感技术的进一步发展,未来空间光学遥感相机主要朝着高分辨率、大视场的趋势不断发展,空间离轴三反（TMA）光学相机亦成为了最重要的发展方向之一。大型离轴三反光学系统的主反射镜设计与轻量化、反射镜的柔性支撑设计、主反射镜组件的安装与定位是当前主要的技术难点。因此,须对大尺寸反射镜轻量化方法及其柔性支撑系统展开研究。长条形主反射镜是某离轴光学系统的关键重要光学元件,其组件结构的稳定性与可靠性、反射镜的面形精度（RMS值）直接影响光学系统的像质;同时反射镜的轻量化程度决定了组件的总质量和相机主承力结构的刚度。空间光学遥感器主反射镜的质量、面形精度、组件的一阶固有频率要满足以下要求:优化设计后的反射镜质量应小于60kg,在装调方向自重作用下的镜面面形精度小于/50（=632.8nm）,组件的一阶自然频率大于100Hz。本论文围绕离轴三反光学系统的大尺寸长条主反射镜轻量化及其支撑技术展开系统的探讨和研究。针对反射镜材料选择与设计构型的问题,详细阐释了反射镜材料的选用原则,在常用反射...
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 研究背景
1.3 国内外研究与发展现状
1.3.1 国外研究与发展现状
1.3.2 国内研究与发展现状
1.4 课题研究内容与意义
第2章 空间反射镜的设计分析方法
2.1 空间反射镜的有限元分析方法
2.1.1 有限元分析理论
2.1.2 弹性力学基本原理
2.1.3 有限元分析基本步骤
2.2 空间反射镜环境载荷分析
2.2.1 静力学载荷
2.2.2 热载荷
2.2.3 动力学载荷
2.3 反射镜通光表面的像质评价方法
2.3.1 光学表面误差
2.3.2 Zernike多项式拟合
2.4 光机热集成分析方法
2.5 本章小结
第3章 大尺寸长条反射镜轻量化设计
3.1 空间反射镜的设计流程
3.2 制备材料的选择
3.2.1 选用原则
3.2.2 制备材料
3.3 反射镜轻量化构型与支撑方案
3.3.1 反射镜的结构形式
3.3.2 反射镜的支撑方案
3.4 反射镜优化设计研究
3.4.1 设计参数与指标
3.4.2 大尺寸长条反射镜拓扑优化方法
3.4.3 静态刚度最大化的镜体拓扑优化
3.4.4 一阶频率最大化的镜体拓扑优化
3.4.5 集成优化设计
3.4.6 镜体的尺寸参数优化
3.4.7 单镜的光机集成分析
3.5 本章小结
第4章 反射镜柔性支撑及其组件设计
4.1 大尺寸反射镜的支撑方式
4.1.1 反射镜的定位精度与面形精度
4.1.2 反射镜背部支撑形式
4.2 基于柔性铰链的反射镜支撑设计
4.2.1 双轴柔性支撑设计
4.2.2 双轴柔性支撑的结构分析
4.3 柔性环节的刚度特性分析
4.4 其余组件设计
4.4.1 镶嵌锥套
4.4.2 反射镜基板
4.5 本章小结
第5章 反射镜组件优化设计分析与动力学试验
5.1 反射镜的理想支撑位置研究
5.1.1 反射镜的自重弯曲变形
5.1.2 反射镜的最优支撑条件
5.2 柔性支撑的结构优化设计
5.2.1 轴向安装位置优化设计
5.2.2 安装角度位置优化设计
5.2.3 柔性支撑的尺寸参数优化设计
5.3 反射镜组件的力学分析
5.3.1 自重载荷分析
5.3.2 热载荷分析
5.3.3 模态分析
5.3.4 过载条件下的静应力分析
5.4 力学样机动力学试验
5.4.1 模拟样机模态分析
5.4.2 振动试验流程
5.4.3 正弦扫频试验
5.4.4 正弦振动试验
5.4.5 随机振动试验
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 论文创新点
6.3 未来研究及展望
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间光学遥感器长条形反射镜集成优化设计[J]. 李叶文,李宗轩,刘瑞婧,宋伟阳,张丽敏. 科学技术与工程. 2019(35)
[2]中高体积分数SiCp/Al复合材料研究进展[J]. 程思扬,曹琪,包建勋,张舸. 中国光学. 2019(05)
[3]背部支撑型空间反射镜镶嵌件粘接结构设计[J]. 于霁晨,袁健,丛杉珊,李明璇,贾学志. 光学学报. 2019(05)
[4]中国自主研发世界最大口径单体碳化硅反射镜通过验收[J]. 有色金属材料与工程. 2018(05)
[5]高分辨率空间遥感卫星的离轴三反光学系统设计[J]. 黄晓园,黄铭烨,陈冠亮,杨俊烨,王红成. 光学与光电技术. 2018(04)
[6]2m SiC反射镜柔性被动支撑系统[J]. 王富国,乔兵,张景旭. 光学精密工程. 2017(10)
[7]空间遥感器Ф2m量级大口径SiC反射镜镜坯结构设计[J]. 王克军,董吉洪. 红外与激光工程. 2017(07)
[8]超大口径空间光学遥感器的应用和发展[J]. 张学军,樊延超,鲍赫,薛栋林. 光学精密工程. 2016(11)
[9]长条形反射镜的集成优化设计[J]. 袁健,沙巍,陈长征,张星祥,任建岳. 光电工程. 2015(06)
[10]大口径空间反射镜Cartwheel型柔性支撑设计[J]. 李宗轩,陈雪,张雷,金光,张元,贾学志,孔林. 光学学报. 2014(06)
博士论文
[1]天基大口径单体反射镜结构优化及其支撑技术研究[D]. 王忠善.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]基于拓扑优化的空间反射镜与柔性支撑结构设计方法[D]. 胡瑞.大连理工大学 2017
[3]长焦距宽视场空间相机主支撑结构优化设计[D]. 魏磊.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[4]轻型大视场光学遥感器结构动态特性研究[D]. 孙宝玉.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]轻量化反射镜支撑结构设计研究[D]. 朱能兵.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2017
[2]长条形空间反射镜轻量化及消热化设计[D]. 李梦庆.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]一种离轴三反系统的光机集成分析[D]. 赵瑞萍.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2010
[4]长焦距宽视场航天测绘相机光学系统研究[D]. 郭永祥.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2010
[5]大视场、长焦距、反射式空间光学系统设计[D]. 丛杉珊.长春理工大学 2008
本文编号：3713303
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 研究背景
1.3 国内外研究与发展现状
1.3.1 国外研究与发展现状
1.3.2 国内研究与发展现状
1.4 课题研究内容与意义
第2章 空间反射镜的设计分析方法
2.1 空间反射镜的有限元分析方法
2.1.1 有限元分析理论
2.1.2 弹性力学基本原理
2.1.3 有限元分析基本步骤
2.2 空间反射镜环境载荷分析
2.2.1 静力学载荷
2.2.2 热载荷
2.2.3 动力学载荷
2.3 反射镜通光表面的像质评价方法
2.3.1 光学表面误差
2.3.2 Zernike多项式拟合
2.4 光机热集成分析方法
2.5 本章小结
第3章 大尺寸长条反射镜轻量化设计
3.1 空间反射镜的设计流程
3.2 制备材料的选择
3.2.1 选用原则
3.2.2 制备材料
3.3 反射镜轻量化构型与支撑方案
3.3.1 反射镜的结构形式
3.3.2 反射镜的支撑方案
3.4 反射镜优化设计研究
3.4.1 设计参数与指标
3.4.2 大尺寸长条反射镜拓扑优化方法
3.4.3 静态刚度最大化的镜体拓扑优化
3.4.4 一阶频率最大化的镜体拓扑优化
3.4.5 集成优化设计
3.4.6 镜体的尺寸参数优化
3.4.7 单镜的光机集成分析
3.5 本章小结
第4章 反射镜柔性支撑及其组件设计
4.1 大尺寸反射镜的支撑方式
4.1.1 反射镜的定位精度与面形精度
4.1.2 反射镜背部支撑形式
4.2 基于柔性铰链的反射镜支撑设计
4.2.1 双轴柔性支撑设计
4.2.2 双轴柔性支撑的结构分析
4.3 柔性环节的刚度特性分析
4.4 其余组件设计
4.4.1 镶嵌锥套
4.4.2 反射镜基板
4.5 本章小结
第5章 反射镜组件优化设计分析与动力学试验
5.1 反射镜的理想支撑位置研究
5.1.1 反射镜的自重弯曲变形
5.1.2 反射镜的最优支撑条件
5.2 柔性支撑的结构优化设计
5.2.1 轴向安装位置优化设计
5.2.2 安装角度位置优化设计
5.2.3 柔性支撑的尺寸参数优化设计
5.3 反射镜组件的力学分析
5.3.1 自重载荷分析
5.3.2 热载荷分析
5.3.3 模态分析
5.3.4 过载条件下的静应力分析
5.4 力学样机动力学试验
5.4.1 模拟样机模态分析
5.4.2 振动试验流程
5.4.3 正弦扫频试验
5.4.4 正弦振动试验
5.4.5 随机振动试验
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 论文创新点
6.3 未来研究及展望
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间光学遥感器长条形反射镜集成优化设计[J]. 李叶文,李宗轩,刘瑞婧,宋伟阳,张丽敏. 科学技术与工程. 2019(35)
[2]中高体积分数SiCp/Al复合材料研究进展[J]. 程思扬,曹琪,包建勋,张舸. 中国光学. 2019(05)
[3]背部支撑型空间反射镜镶嵌件粘接结构设计[J]. 于霁晨,袁健,丛杉珊,李明璇,贾学志. 光学学报. 2019(05)
[4]中国自主研发世界最大口径单体碳化硅反射镜通过验收[J]. 有色金属材料与工程. 2018(05)
[5]高分辨率空间遥感卫星的离轴三反光学系统设计[J]. 黄晓园,黄铭烨,陈冠亮,杨俊烨,王红成. 光学与光电技术. 2018(04)
[6]2m SiC反射镜柔性被动支撑系统[J]. 王富国,乔兵,张景旭. 光学精密工程. 2017(10)
[7]空间遥感器Ф2m量级大口径SiC反射镜镜坯结构设计[J]. 王克军,董吉洪. 红外与激光工程. 2017(07)
[8]超大口径空间光学遥感器的应用和发展[J]. 张学军,樊延超,鲍赫,薛栋林. 光学精密工程. 2016(11)
[9]长条形反射镜的集成优化设计[J]. 袁健,沙巍,陈长征,张星祥,任建岳. 光电工程. 2015(06)
[10]大口径空间反射镜Cartwheel型柔性支撑设计[J]. 李宗轩,陈雪,张雷,金光,张元,贾学志,孔林. 光学学报. 2014(06)
博士论文
[1]天基大口径单体反射镜结构优化及其支撑技术研究[D]. 王忠善.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]基于拓扑优化的空间反射镜与柔性支撑结构设计方法[D]. 胡瑞.大连理工大学 2017
[3]长焦距宽视场空间相机主支撑结构优化设计[D]. 魏磊.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[4]轻型大视场光学遥感器结构动态特性研究[D]. 孙宝玉.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]轻量化反射镜支撑结构设计研究[D]. 朱能兵.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2017
[2]长条形空间反射镜轻量化及消热化设计[D]. 李梦庆.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]一种离轴三反系统的光机集成分析[D]. 赵瑞萍.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2010
[4]长焦距宽视场航天测绘相机光学系统研究[D]. 郭永祥.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2010
[5]大视场、长焦距、反射式空间光学系统设计[D]. 丛杉珊.长春理工大学 2008
本文编号：3713303
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