大型镜面原位光学加工-检测多点复合支撑系统研究
发布时间：2021-08-05 02:52
近年来,精细天文观测、高分对地观测和空间态势感知等领域对大口径望远镜系统的需求迅猛增长,牵引出一批超大口径望远镜研制项目（地基4米口径以上/天基2米口径以上）。根据可见光衍射极限成像的精度要求,望远镜系统中超大镜面“尺寸/精度”比值已经突破千万量级,其制造精度、效率要求与当前加工检测能力形成强烈反差。由于技术封锁、基础薄弱,研制大型镜面所需的许多关键元件、仪器和装备都只能通过自主研发获得突破。具体在光学检测中,大型平面镜、干涉仪已成为决定超大型单镜和望远镜系统研制成败的卡脖子元器件;而在光学加工中,传统离线检测模式在面对重型、大型光学元件时,效率低、精度低、风险高,对其引入精密高效的原位加工-检测模式迫在眉睫。在光学加工、检测技术已日趋成熟的情况下,镜面支撑系统的服役精度、稳定性和工作效率已成为制约大型镜面最终加工质量的瓶颈。针对现有的镜面原位支撑系统存在的精度低、难度大和成本高等突出问题,面向其原位光学加工-检测迭代需求,本文在分析镜面面形误差来源的基础上,引出了原位加工、检测支撑结构系统创制任务;研究了镜面原位支撑系统的光机接口异质粘接工艺、极限强度评估准则和光机集成优化设计等共性...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
空间望远镜主镜尺寸对比(以KECK为参照)
吉林大学博士学位论文10对于0.5m以内口径的小型反射镜，采用单点或3点支撑即可。大型镜体的支撑形式更为多样，其轴向支撑常用Whiffletree结构形成多点支撑系统(如3点、6点、9点、18点和27点等)，或采用由杠杆衡重结构、液压/气动式支撑单元构成的浮动多点支撑系统；侧向支撑常用双连杆（bipod）、三连杆（tripod）、条带状/袋式支撑和Whiffletree结构等形式。被动式支撑系统在大型镜体上应用广泛，主要的典型有：大多数1-3m口径的地基望远镜、前述SOFIA[56]、超新星加速探测器[57](SNAP)和宇宙与天体物理空间红外望远镜[58](SPICA)等。其中SNAP口径为2m、SPICA口径为3.5m，采用双连杆(Bipod)支撑结构来实现对主镜的运动学定位，结构相对简单，详如图1.7所示；而SOFIA主镜采用的支撑结构则较为复杂，其口径为2.7m，采用了“18点Whiffletree背支撑+3个Bipod侧支撑”的复合支撑形式，详如图1.8所示。镜体双连杆支撑图1.7用于SNAP主镜的支撑结构示意图侧支撑Whiffletree轴向支撑(a)主镜支撑系统实物图(b)支撑系统核心设计方案图1.8用于SOFIA主镜的被动式支撑结构SPICA正在研制，由于用在长波红外波段，其6点支撑面形精度可满足使用精度要求；SNAP项目的相关报道在2010年以后很少见，从现有经验来看，其主镜在6点支撑无法将重力变形控制到所需精度，应当需要一组额外的卸载支撑结构来预测其无重力面形(类似HST)。相比之下，SOFIA以大型运输机为空基工作平台，镜体服役重力环境与地面接近，故而采用了地基望远镜通用的Whiffletree支撑形式。
第 1 章 绪论 展性好等特点，液压/静压型原位支撑系统(HISS)自 20 世纪 80 年代以来已被公认为是原位加工卸载支撑系统的最佳解决方案[75]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径空间反射镜大容差支撑结构设计与优化[J]. 郭疆,朱磊,赵继,龚大鹏. 光学精密工程. 2019(05)
[2]空间光学技术发展与展望[J]. 王小勇. 航天返回与遥感. 2018(04)
[3]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)
[4]大口径非球面反射镜误差分离组合加工技术[J]. 刘振宇,李龙响,曾雪峰,罗霄,张学军. 光学精密工程. 2017(04)
[5]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)
[6]大口径SiC主镜主动支撑研究及促动器设计[J]. 李剑锋,吴小霞,邵亮. 红外与激光工程. 2016(07)
[7]空间遥感器大口径反射镜的复合支撑结构[J]. 王克军,董吉洪,宣明,张缓缓,迟春燕,赵伟国. 光学精密工程. 2016(07)
[8]防松胶对螺纹连接预紧力影响试验研究[J]. 董得义,李志来,杨利伟,徐宏. 振动与冲击. 2015(22)
[9]中国空间天文展望[J]. 吴伯冰,张双南. 中国科学:技术科学. 2015(08)
[10]超轻量化SiC反射镜的制备及性能[J]. 董斌超,张舸. 光学精密工程. 2015(08)
博士论文
[1]碳化硅大口径空间反射镜设计与制造研究[D]. 郭疆.吉林大学 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]离子束抛光大口径非球面去除模型与工艺研究[D]. 唐瓦.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]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
[5]能动磨盘加工大口径非球面关键技术研究[D]. 刘海涛.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[6]TMT三镜系统Tilt Mechanism组件技术研究[D]. 赵宏超.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[7]2m量级空间反射镜组件设计与优化[D]. 王书新.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[8]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
[9]光电经纬仪电视跟踪、捕获快速运动目标技术的研究[D]. 王建立.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
本文编号：3322912
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
空间望远镜主镜尺寸对比(以KECK为参照)
吉林大学博士学位论文10对于0.5m以内口径的小型反射镜，采用单点或3点支撑即可。大型镜体的支撑形式更为多样，其轴向支撑常用Whiffletree结构形成多点支撑系统(如3点、6点、9点、18点和27点等)，或采用由杠杆衡重结构、液压/气动式支撑单元构成的浮动多点支撑系统；侧向支撑常用双连杆（bipod）、三连杆（tripod）、条带状/袋式支撑和Whiffletree结构等形式。被动式支撑系统在大型镜体上应用广泛，主要的典型有：大多数1-3m口径的地基望远镜、前述SOFIA[56]、超新星加速探测器[57](SNAP)和宇宙与天体物理空间红外望远镜[58](SPICA)等。其中SNAP口径为2m、SPICA口径为3.5m，采用双连杆(Bipod)支撑结构来实现对主镜的运动学定位，结构相对简单，详如图1.7所示；而SOFIA主镜采用的支撑结构则较为复杂，其口径为2.7m，采用了“18点Whiffletree背支撑+3个Bipod侧支撑”的复合支撑形式，详如图1.8所示。镜体双连杆支撑图1.7用于SNAP主镜的支撑结构示意图侧支撑Whiffletree轴向支撑(a)主镜支撑系统实物图(b)支撑系统核心设计方案图1.8用于SOFIA主镜的被动式支撑结构SPICA正在研制，由于用在长波红外波段，其6点支撑面形精度可满足使用精度要求；SNAP项目的相关报道在2010年以后很少见，从现有经验来看，其主镜在6点支撑无法将重力变形控制到所需精度，应当需要一组额外的卸载支撑结构来预测其无重力面形(类似HST)。相比之下，SOFIA以大型运输机为空基工作平台，镜体服役重力环境与地面接近，故而采用了地基望远镜通用的Whiffletree支撑形式。
第 1 章 绪论 展性好等特点，液压/静压型原位支撑系统(HISS)自 20 世纪 80 年代以来已被公认为是原位加工卸载支撑系统的最佳解决方案[75]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径空间反射镜大容差支撑结构设计与优化[J]. 郭疆,朱磊,赵继,龚大鹏. 光学精密工程. 2019(05)
[2]空间光学技术发展与展望[J]. 王小勇. 航天返回与遥感. 2018(04)
[3]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)
[4]大口径非球面反射镜误差分离组合加工技术[J]. 刘振宇,李龙响,曾雪峰,罗霄,张学军. 光学精密工程. 2017(04)
[5]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)
[6]大口径SiC主镜主动支撑研究及促动器设计[J]. 李剑锋,吴小霞,邵亮. 红外与激光工程. 2016(07)
[7]空间遥感器大口径反射镜的复合支撑结构[J]. 王克军,董吉洪,宣明,张缓缓,迟春燕,赵伟国. 光学精密工程. 2016(07)
[8]防松胶对螺纹连接预紧力影响试验研究[J]. 董得义,李志来,杨利伟,徐宏. 振动与冲击. 2015(22)
[9]中国空间天文展望[J]. 吴伯冰,张双南. 中国科学:技术科学. 2015(08)
[10]超轻量化SiC反射镜的制备及性能[J]. 董斌超,张舸. 光学精密工程. 2015(08)
博士论文
[1]碳化硅大口径空间反射镜设计与制造研究[D]. 郭疆.吉林大学 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]离子束抛光大口径非球面去除模型与工艺研究[D]. 唐瓦.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]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
[5]能动磨盘加工大口径非球面关键技术研究[D]. 刘海涛.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[6]TMT三镜系统Tilt Mechanism组件技术研究[D]. 赵宏超.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[7]2m量级空间反射镜组件设计与优化[D]. 王书新.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[8]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
[9]光电经纬仪电视跟踪、捕获快速运动目标技术的研究[D]. 王建立.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
本文编号：3322912
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