天基大口径反射镜支撑技术的发展 被引量：19

1

作者 张博文 王小勇 +1 位作者 赵野 杨佳文 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期316-324,共9页

为了满足人类对地观测和宇宙探索的更高性能要求,空间望远镜反射镜口径已经从米级向十米量级迈进,呈现不断增大的趋势。大口径反射镜支撑与反射镜面形精度和稳定性直接相关,是决定空间望远镜实际观测能力乃至任务成败的关键技术之一。... 为了满足人类对地观测和宇宙探索的更高性能要求,空间望远镜反射镜口径已经从米级向十米量级迈进,呈现不断增大的趋势。大口径反射镜支撑与反射镜面形精度和稳定性直接相关,是决定空间望远镜实际观测能力乃至任务成败的关键技术之一。首先对大口径反射镜的三种主要支撑形式进行了介绍并做出适用性比较。在此基础上,从影响反射镜支撑设计的各个因素出发,讨论了反射镜支撑的设计原则。然后结合设计原则的讨论和国内外研究进展对支撑点数量和位置优化、无热化设计、无应力装配设计等大口径反射镜支撑关键技术及发展方向进行了探讨,期望对我国大型空间望远镜的研制提供借鉴,在新一轮空间探索热潮中实现跨越发展。 展开更多

关键词 空间望远镜 反射镜 大口径 反射镜支撑

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大长条形反射镜支撑方案设计 被引量：1

2

作者 付亮亮 何欣 王忠善 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期58-61,共4页

本文针对某空间遥感器一重要光学元件即反射镜组件进行了结构设计。该反射镜的结构特点是长宽比大且口径大,经过优选反射镜材料、认真分析矩形反射镜支撑特点及对反射镜支撑定位原理的仔细研究,提出了一种基于半运动学定位原理的柔性支... 本文针对某空间遥感器一重要光学元件即反射镜组件进行了结构设计。该反射镜的结构特点是长宽比大且口径大,经过优选反射镜材料、认真分析矩形反射镜支撑特点及对反射镜支撑定位原理的仔细研究,提出了一种基于半运动学定位原理的柔性支撑方案,即背部三点支撑加三点辅助定位的复合支撑形式,并应用计算机仿真手段进行了静、动态及热特性分析。经试验验证,方案合理可行。该方案普遍适用于大长宽比的大口径的反射镜,解决了大长宽比大口径反射镜结构支撑难题。 展开更多

关键词 反射镜支撑 SIC 半运动学 柔性支撑 工程分析

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基于Zernike系数优化模型的光学反射镜支撑结构拓扑优化设计方法 被引量：14

3

作者 施胤成 闫怀德 +5 位作者 宫鹏 刘韬 王强龙 程路超 邓健 刘震宇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期203-214,共12页

使用Zernike多项式表征镜面的变形,应用伴随变量法推导Zernike系数对拓扑优化设计变量的敏度,克服了差分法求解敏度时计算量大的问题,实现了基于Zernike系数直接建构具有成千上万设计变量的优化模型的目标函数以及设计约束.同时,在有限... 使用Zernike多项式表征镜面的变形,应用伴随变量法推导Zernike系数对拓扑优化设计变量的敏度,克服了差分法求解敏度时计算量大的问题,实现了基于Zernike系数直接建构具有成千上万设计变量的优化模型的目标函数以及设计约束.同时,在有限元数值离散的理论框架下,采用有限单元基函数以及单元数值积分的程序实现了结构变形以及Zernike系数的求解,简化了计算流程的同时还能保证计算精度.本文算法可以对目标函数或约束为线性组合的Zernike系数的一般结构拓扑优化模型进行优化,具有一定的泛用性. 展开更多

关键词 结构拓扑优化 ZERNIKE多项式 反射镜支撑设计 有限元 光学器件

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两轴正交圆切口单轴柔性铰反射镜支撑结构 被引量：7

4

作者 李海星 丁亚林 +1 位作者 史磊 宋玉龙 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期1765-1769,共5页

在实际工程应用背景下,基于实际材料参数测试结果,借助有限元分析手段系统分析了切口半径r和最薄切口部位厚度t对圆切口单轴柔性铰柔度系数和等效转动半径dc的影响趋势,并归纳总结出简化的圆切口单轴柔性弯曲变形计算模型。为验证该模... 在实际工程应用背景下,基于实际材料参数测试结果,借助有限元分析手段系统分析了切口半径r和最薄切口部位厚度t对圆切口单轴柔性铰柔度系数和等效转动半径dc的影响趋势,并归纳总结出简化的圆切口单轴柔性弯曲变形计算模型。为验证该模型的可靠性,搭建了相应的实验装置。与实测值相比,简化模型的计算误差优于10%,可满足工程应用要求。在此基础上,提出了基于圆切口单轴柔性铰链的两轴反射镜柔性支撑结构简化计算模型,该模型可大大减少经典理论模型的计算工作量,为此类反射镜柔性支撑结构的参数化设计和尺寸优化提供了参考依据。 展开更多

关键词 单轴柔性铰链 柔度系数 等效转动半径 反射镜柔性支撑

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大悬臂空间反射镜高轻量化3D打印钛合金支撑结构设计

5

作者 常君磊 王伟之 +8 位作者 刘浩川 庞寿成 刘朋朋 孙建 张迪 张博伟 杨居奎 伏瑞敏 张执南 《航天返回与遥感》 北大核心 2025年第3期51-60,共10页

悬臂式支撑空间反射镜是遥感器的设计难点,传统铸钛、碳-碳化硅等结构无法兼顾高轻量化、高支撑刚度、异形构型等要求。文章采用点阵加蒙皮的高轻量化3D打印钛合金的结构设计实现了某遥感器上垂吊式悬臂反射镜的支撑。首先通过拓扑优化... 悬臂式支撑空间反射镜是遥感器的设计难点,传统铸钛、碳-碳化硅等结构无法兼顾高轻量化、高支撑刚度、异形构型等要求。文章采用点阵加蒙皮的高轻量化3D打印钛合金的结构设计实现了某遥感器上垂吊式悬臂反射镜的支撑。首先通过拓扑优化对支撑结构进行概念构型;然后基于概念模型完成几何重建,利用Creo软件进行壳体抽取,再通过专用软件实现点阵结构填充,构建出具有点阵内核与蒙皮外壳的增材制造模型;最后采用HyperWorks软件开展有限元仿真分析,通过多轮迭代优化蒙皮结构厚度、点阵单元尺寸及局部加强筋布局等关键参数,从而确定出最优的增材制造工艺方案。对完成制备的支撑结构进行了动力学试验及三坐标测试,验证了该支撑设计的有效性。文章提出的设计方法能有效解决悬吊异形反射镜的支撑问题,对3D打印钛合金在高轻量化遥感器上的设计应用有借鉴意义。 展开更多

关键词 遥感相机 反射镜支撑 高轻量化 3D打印 拓扑优化

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大口径矩形反射镜周向支撑方法研究

6

作者 肖尧 汪宝旭 朱明智 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第7期290-295,311,共7页

针对大型固体激光装置中大口径传输反射镜的面型精度要求,提出了一种基于周向开孔的大口径矩形反射镜支撑方法,以及3种支撑布局结构。通过仿真分析获得了不同支撑布局的支撑结构参数对镜面面形精度的影响规律。仿真结果表明,菱形支撑布... 针对大型固体激光装置中大口径传输反射镜的面型精度要求,提出了一种基于周向开孔的大口径矩形反射镜支撑方法,以及3种支撑布局结构。通过仿真分析获得了不同支撑布局的支撑结构参数对镜面面形精度的影响规律。仿真结果表明,菱形支撑布局的镜面面型精度更优,且在45°姿态条件下,镜面重力变形的总体和残余面型畸变的PV值均接近λ/6,验证了支撑方法的可行性。该研究为传输反射镜支撑布局选择和镜片结构参数确定提供了依据,也为传输反射镜支撑方案和结构详细设计提供了技术支撑。 展开更多

关键词 固体激光装置 传输反射镜 面型精度 反射镜支撑 有限元分析

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空间反射镜的轻量化及支撑设计研究 被引量：30

7

作者 陈洪达 陈永和 +2 位作者 史婷婷 刘晓华 傅雨田 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期535-540,共6页

大型空间遥感仪器为适应苛刻的发射和工作环境,通常要求具有很高的热、力学性能,并且对重量有严格限制。这对大口径反射镜及其支撑结构的质量、刚度和环境适应性提出了很高的要求。针对某型号Φ620 mm口径光学遥感仪器的主镜及支撑结构... 大型空间遥感仪器为适应苛刻的发射和工作环境,通常要求具有很高的热、力学性能,并且对重量有严格限制。这对大口径反射镜及其支撑结构的质量、刚度和环境适应性提出了很高的要求。针对某型号Φ620 mm口径光学遥感仪器的主镜及支撑结构进行了详细的分析计算、设计和试验验证。通过对比多种支撑方式的不同特性,选择了符合仪器要求的质量轻、刚度高的中心支撑;并利用等强度原理设计了放射状轻量化形式;在支撑环节上,利用柔性材料解决了因温度变化产生的局部接触应力增加的问题,有效减小了结构对光学镜面的影响。经测试反射镜重15.2 kg,轻量化率71.2%,支撑零件3.5 kg;组件一阶模态420 Hz;面形精度优于0.03λRMS,满足仪器要求。目前该仪器已投入使用,在轨性能良好。 展开更多

关键词 反射镜支撑 轻量化 中心支撑

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空间相机反射镜SiC/Al支撑板轻量化结构优化设计 被引量：10

8

作者 齐光 许艳军 刘炳强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第7期2214-2218,共5页

在保证空间光学遥感相机反射镜组件结构刚度、位置精度、面形精度的同时,最大限度地降低反射镜支撑板的质量,是轻量化设计的一个重要内容。提出了通过拓扑优化确定反射镜用SiC/Al材料的背部支撑板轻量化形式的方案。采用有限元分析法对... 在保证空间光学遥感相机反射镜组件结构刚度、位置精度、面形精度的同时,最大限度地降低反射镜支撑板的质量,是轻量化设计的一个重要内容。提出了通过拓扑优化确定反射镜用SiC/Al材料的背部支撑板轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明:重力载荷下面形精度达到λ/10 PV,λ/50 RMS(λ=632.8 nm),PV值13.3 nm,RMS值2.9 nm,反射镜组件一阶固有频率239Hz,均优于传统结构形式的反射镜。拓扑优化的方法获得的轻量化背部支撑板能够满足使用要求。 展开更多

关键词 空间相机 反射镜支撑板 轻量化 有限元分析

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批产化应用的新型复合柔性支撑设计与验证

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作者 王茫茫 李思慧 +3 位作者 陈轩 刘涌 周小华 聂云松 《激光与红外》 北大核心 2025年第6期944-952,共9页

面对遥感相机批产化制造的市场需求下,针对目前反射镜支撑组件装配容差小、生产制造精度要求高和反射镜面型对装配应力和热环境敏感等问题,提出了一种基于胶-金属-胶复合的新型柔性支撑结构,并对其结构参数与柔性进行了研究。采用固化... 面对遥感相机批产化制造的市场需求下,针对目前反射镜支撑组件装配容差小、生产制造精度要求高和反射镜面型对装配应力和热环境敏感等问题,提出了一种基于胶-金属-胶复合的新型柔性支撑结构,并对其结构参数与柔性进行了研究。采用固化后高刚度的结构胶粘接金属件来代替传统螺钉连接,并设计了一种嵌入式圆筒胶粘接头用于提高装配容差,采用固化后低弹性模量的硅橡胶与反射镜侧面进行面胶接,同时引入一种基于板簧单元串联与并联的金属柔性元件,利用金属板簧和硅橡胶的柔性来降低装配应力和环境扰动对反射镜面型的影响。通过柔度分析理论,推导并分析了柔度物理模型以及柔度与结构参数的影响关系,设计了一组参数应用于某批产化相机的反射镜支撑中。对比了柔度分析、有限元仿真和实际测试中重力变形和模态特征频率结果,结果显示基于柔度模型计算重力载荷下刚体位移误差精度优于6.1%,基于柔度矩阵的工程公式计算特征频率误差精度优于10%。最后对反射镜支撑组件温度拉偏4℃后测试面型结果优于0.011λ(λ=632.8nm)。结果表明复合柔性支撑能适用于装配容差大、生产制造精度一般以及复杂力、热变化等恶劣条件下工作,在某批产化遥感相机得到成功应用,在轨表现良好,具有实际工程应用价值。 展开更多

关键词 柔性支撑 柔度矩阵 反射镜支撑 胶粘接头

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主动调节刚性支撑薄膜型反射镜面形调整机构的研究 被引量：8

10

作者 叶露 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2002年第2期201-204,共4页

空间光学的发展对光学系统的轻量化提出越来越高的要求 ,作为一种超轻量化的方法 ,介绍了主动调节刚性支撑薄膜型反射镜的概念 ,这种薄模型反射镜由美国率先提出 ,并制造出口径 5 0 0mm厚2mm的模型镜 ,反射镜的面形通过均匀分布的致动... 空间光学的发展对光学系统的轻量化提出越来越高的要求 ,作为一种超轻量化的方法 ,介绍了主动调节刚性支撑薄膜型反射镜的概念 ,这种薄模型反射镜由美国率先提出 ,并制造出口径 5 0 0mm厚2mm的模型镜 ,反射镜的面形通过均匀分布的致动器的微量移动来调整 ,致动器的最小位移是 2 0nm。美国使用压电陶瓷做致动器 ,有利于实现系统的轻量化。在试验阶段 ,设计一套机械微动装置来代替压电陶瓷做致动器 ,它的微动原理是利用杠杆减速机构及球面上的不同点的矢高变化来得到所需要的微位移 ,这套机构具有结构简易 ,重量轻 ,易于加工制造的特点 ,同时具有较高的灵敏度。 展开更多

关键词 主动调节刚性支撑薄膜型反射镜 面形调整机构 轻量化 微动机构 空间光学

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空间遥感器反射镜组件结构设计方法 被引量：20

11

作者 王克军 宣明 +2 位作者 董吉洪 李威 张缓缓 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期304-314,共11页

针对空间遥感器反射镜组件的结构复杂性和高性能需求,对空间遥感器反射镜组件的设计方法进行了研究。提出了一种经验设计、拓扑优化与尺寸参数优化相结合的设计方法,该方法可使设计结果快速收敛,获得最优化的设计结构。采用该方法完成... 针对空间遥感器反射镜组件的结构复杂性和高性能需求,对空间遥感器反射镜组件的设计方法进行了研究。提出了一种经验设计、拓扑优化与尺寸参数优化相结合的设计方法,该方法可使设计结果快速收敛,获得最优化的设计结构。采用该方法完成了某空间遥感器反射镜组件的结构设计,通过有限元分析的手段得到了表征反射镜成像质量的RMS值,同时对整个反射镜组件进行了动力学分析计算,最后利用环境试验对有限元分析结果的正确性和设计的合理性进行了验证。结果表明:在重力载荷、温度载荷、镜面加工残差和装配误差的综合影响下,反射镜组件面形误差RMS值满足使用要求;整个结构有一个好的动态刚度和合理的模态分布,反射镜组件动态性能优良,满足使用要求。针对反射镜组件的设计,该设计方法是一种有效的、可靠的设计方法。 展开更多

关键词 拓扑优化 结构设计 反射镜支撑 CAE 尺寸参数优化

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反射镜用光学环氧胶粘接固化工艺研究 被引量：14

12

作者 刘强 何欣 《机械设计与制造》 北大核心 2011年第2期118-120,共3页

对同一种反射镜支撑形式的试验件用同一种光学环氧胶进行了两种不同的胶的固化工艺路线,经过分析对比,得出了一种比较合理的可以应用于反射镜支撑粘接用胶的固化工艺路线,经过试验检验,本工艺路线能有效释放光学环氧胶在固化过程中产生... 对同一种反射镜支撑形式的试验件用同一种光学环氧胶进行了两种不同的胶的固化工艺路线,经过分析对比,得出了一种比较合理的可以应用于反射镜支撑粘接用胶的固化工艺路线,经过试验检验,本工艺路线能有效释放光学环氧胶在固化过程中产生的内应力,从而保证了所粘接反射镜的面形精度。 展开更多

关键词 GHJ-01光学环氧胶 固化工艺 反射镜支撑

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某空间遥感器调焦反射镜的设计与分析 被引量：1

13

作者 付亮亮 何欣 王忠善 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期60-65,共6页

调焦反射镜组件作为空间相机整体光机结构设计的组成单元,其结构设计的优劣直接关系到相机成像质量的好坏。该论文的研制背景基于某宽幅相机,调焦反射镜具有长宽3:1的狭长形轮廓,使得支撑结构设计难度较大。为保证调焦反射镜光学表面始... 调焦反射镜组件作为空间相机整体光机结构设计的组成单元,其结构设计的优劣直接关系到相机成像质量的好坏。该论文的研制背景基于某宽幅相机,调焦反射镜具有长宽3:1的狭长形轮廓,使得支撑结构设计难度较大。为保证调焦反射镜光学表面始终保持良好的成像性能,调焦反射镜柔性支撑结构必须具有良好的动、静态特性,并且具有较轻的质量,较高的比刚度和良好的加工、装调性。经分析计算,本文设计的柔性支撑结构使调焦反射镜在使用工况下面形达到1/50λ,一阶模态达到275Hz,满足性能指标要求。 展开更多

关键词 反射镜支撑 SIC 柔性铰链 工程分析

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移动式米级主镜高刚度支撑结构设计 被引量：1

14

作者 贺昌龙 吴小霞 +2 位作者 赵勇志 曹鹏宇 王越群 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期201-212,共12页

为了提高移动式米级主镜的位姿精度,针对车载光学检测系统的1.57 m主镜,提出采用柔性切向杆定位机构结合杠杆平衡重支撑机构的侧支撑方式,与轴向Whiffletree支撑方式相结合,保证主镜的面形精度和位姿精度。对该解耦式支撑方式进行了原... 为了提高移动式米级主镜的位姿精度,针对车载光学检测系统的1.57 m主镜,提出采用柔性切向杆定位机构结合杠杆平衡重支撑机构的侧支撑方式,与轴向Whiffletree支撑方式相结合,保证主镜的面形精度和位姿精度。对该解耦式支撑方式进行了原理分析,杠杆平衡重支撑机构承载主镜重量,柔性切向杆定位机构实现主镜定位,解耦侧支撑和侧定位,主镜径向下沉量理论上为0,因此该支撑方式可大幅降低主镜径向下沉量,提高主镜位姿精度和支撑刚度。对支撑性能进行分析评估,相较于只采用六组柔性切向杆的侧支撑方式,该解耦式侧支撑方式可将主镜下沉量由24.3μm降低到3.6μm;主镜最大综合面形误差约为9.6 nm RMS;整体模态最低固有频率达到54.93 Hz;随机振动分析中,支撑系统在X、Y、Z轴三个方向的最大位移响应分别为0.11、0.10、0.36 mm,最大应力响应为12.1 MPa;主镜在X、Y、Z轴三个方向的最大位移响应分别为1.6、9.7、12.3μm,最大应力响应为0.44 MPa。评估结果表明,该支撑方案可为主镜提供良好的面形精度和位姿精度,可有效适应车载运输。车载运输后实测主镜面形精度RMS为0.0237λ(λ=632.8 nm),验证了该支撑方案效果良好,且证明了有限元分析的准确性。 展开更多

关键词 反射镜支撑 高刚度结构 原理分析 移动式 解耦

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3.5 m口径空间望远镜单块式主镜技术展望 被引量：14

15

作者 李宗轩 金光 +1 位作者 张雷 孔林 《中国光学》 EI CAS 2014年第4期532-541,共10页

主反射镜的口径大小与结构形式在极大程度上决定了空间望远镜的技术难度与经济成本。为了实现更高的空间分辨率与更强的信息收集能力,各国研制的空间望远镜主反射镜的口径朝着越来越大的趋势发展,从"哈勃空间望远镜"(HST)的2.... 主反射镜的口径大小与结构形式在极大程度上决定了空间望远镜的技术难度与经济成本。为了实现更高的空间分辨率与更强的信息收集能力,各国研制的空间望远镜主反射镜的口径朝着越来越大的趋势发展,从"哈勃空间望远镜"(HST)的2.4 m,到"新世界观测者空间望远镜"(NWO)的4 m,甚至到"先进技术大口径空间望远镜"(ATLAST)的8 m,无不体现了对超大口径空间观测能力的追求。而单块式主镜凭借其支撑技术的可靠性与经济性,正成为超大口径空间望远镜的首选。通过对国外研制的超大口径空间望远镜的论述与分析,探讨了目前空间望远镜中超大口径主反射镜的关键技术与发展方向。针对目前国内运载能力与光学制造加工能力的极限,提出了建造基于3.5 m口径主镜的空间望远镜设想。 展开更多

关键词 空间望远镜 主反射镜 超大口径 单块 反射镜支撑

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C/SiC复合材料空间光机结构的研究进展与展望 被引量：21

16

作者 张德坷 曹英斌 +1 位作者 刘荣军 严春雷 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第13期7-11,共5页

C/SiC具有轻质、高模、低热膨胀系数等优异的性能,可作为新一代高精度空间光机结构件材料。概述了空间光机结构件材料发展的趋势,对比了RB、CVI、PIP工艺的C/SiC复合材料性能,综述了近年来国内外C/SiC复合材料在空间光机结构中的研究进... C/SiC具有轻质、高模、低热膨胀系数等优异的性能,可作为新一代高精度空间光机结构件材料。概述了空间光机结构件材料发展的趋势,对比了RB、CVI、PIP工艺的C/SiC复合材料性能,综述了近年来国内外C/SiC复合材料在空间光机结构中的研究进展及应用情况,指出低成本、短周期、结构和工艺设计以及应用基础研究将是C/SiC复合材料未来发展的重点方向。 展开更多

关键词 C/SiC复合材料空间光机结构反射镜支撑结构

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TMT三镜面形评价过程 被引量：1

17

作者 赵宏超 张景旭 +1 位作者 张丽敏 张彬 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第12期3983-3987,共5页

TMT望远镜是一台R-C式的30 m口径光学红外望远镜,其三镜为椭圆形平面镜,口径为3.594 m×2.568 m,质量达到1.8 t。三镜系统需要把来自于次镜的光折转到望远镜两侧奈氏平台的科学仪器上,具有跟踪和快速定向功能,因此三镜位置也是三轴... TMT望远镜是一台R-C式的30 m口径光学红外望远镜,其三镜为椭圆形平面镜,口径为3.594 m×2.568 m,质量达到1.8 t。三镜系统需要把来自于次镜的光折转到望远镜两侧奈氏平台的科学仪器上,具有跟踪和快速定向功能,因此三镜位置也是三轴正交运动的结果。三镜支撑系统必须能够在多工况、变载荷的条件下有效保证镜面的面形精度,所以依据TMT项目组要求面形结果需优于1/5波长(λ=632.5 nm)或者斜率均方根小于1μrad。以三镜支撑的一种方案为例详细阐述了TMT三镜面形评价的过程。这一方案中底支撑采用18点whiffletree结构形式,侧支撑采用8点A-frame结构形式。首先通过ANSYS建模仿真,然后使用MATLAB进行数据后期处理,依次去除结果中包含的刚体位移项、离焦和像散等,最后使用9个子孔径来拼接归一化的三镜,同时计算每一个子孔径的斜率均方根。这一数据处理方法有别于以往圆形主镜镜面评价的过程,但适合对TMT三镜椭圆镜面面形评价,且在光学系统中斜率均方根比均方根在镜面面形评价上更有意义。对于大口径反射镜镜面面型评价具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 大口径反射镜支撑 斜率均方根 TMT Zernike多项式拟合 平面拟合

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