空间光学遥感器小型反射镜组件结构设计与研究

【摘要】光学元件作为空间光学遥感器光学系统的重要组成部分，其面形精度对遥感器成像质量有着直接的、不容忽视的影响。光学元件是在地面重力环境中进行的加工、检测和装调，而在轨工作环境则是微重力环境，这要求光学元件具有高的静态刚度。另一方面，光学遥感器在运输、发射及入轨阶段，需要经历各种动力学环境，振动环境是对遥感器光学元件产生重要影响的动力学环境之一。因此，反射镜组件需要具有高的动态刚度。由于空间热环境会引起光学元件相对位置发生变化，一旦变化量超出了设计允许范围值，有可能使光学系统成像质量下降。因此，反射镜组件还应具有较高的热尺寸稳定性。本文以空间光学遥感器小型反射镜组件作为研究对象，开展了以下几个方面的研究工作：1.在满足使用要求的前提下，综合考虑材料的密度、弹性模量、热导率和线胀系数等，合理选择反射镜及其支撑结构材料；2.根据光学设计给定的反射镜外部轮廓形状和尺寸，对反射镜背部结构及轻量化孔形式进行设计，提高结构固有频率；3.根据反射镜结构特点并结合相机光机结构，选择周边支撑方式；4.为了使支撑结构具备良好的刚度和热稳定性并满足反射镜面形精度要求，采用柔性铰链结构并对其进行参数化设计；5.建立反射镜组件有限元模型，在不同工况下对反射镜组件进行有限元分析；6.通过对反射镜组件进行热真空、静力学和动力学试验，检测试验对反射镜面形精度的影响，验证反射镜及其支撑结构的有效性。采用柔性支撑结构设计的反射镜组件，经过有限元分析，在重力和温变工况下，反射镜面形精度优于λ/50（λ=632.8nm），位置精度在设计要求允许范围内。在重力试验、热真空试验及动力学试验前、后，分别对反射镜面形进行了检测，反射镜面形变化量也在设计要求的允差范围内。反射镜组件的前三阶谐振频率远高于结构的固有频率，反射镜组件具有抵抗外界环境干扰的能力。试验验证结果表明，反射镜柔性支撑结构具有较高的静态刚度、动态刚度及热尺寸稳定性，满足设计及使用要求。该支撑结构对于其它小型反射镜组件设计具有一定的借鉴意义。
【作者】伞兵；
【导师】王昕；张星祥；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】小型反射镜；轻量化；柔性支撑；有限元法；

【参考文献】
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