光学反射镜及其支撑结构设计与分析
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以全 约束 ， 加 １ 的重力 载 荷 施 ｇ
【２ Ａ ａ ｏ ＭＩ ｌｓ ｅｎＲ Ｒ Ｓｌ ｏ ａｂｄ ｉｈ ｅｅｃｐ ｓ ｏ Ｉ ｊ ｎ ｐｌ ，Ｇａｈ ｅ ． ｉｃ ｎｃｒｉｅｌ ｔｔｌｓｏ ｅ ｒ ｉ ｇ ｆ
ｓａ ｅ ｐ ｌ ａ ｏ ］ ＰＥ １ ９ ， ｏ １０ ： ｌ ７ ｐ ｃ ｐｉ ｔ ｎｌ ／ Ｉ ，９ ３Ｖ １ ８ １５－ ． ａ ｃ ｉ Ｃ／ Ｓ ． ５ ［ ３ ａ ｇ ｅ ＣＲ Ｒ ｍ ｃ ａ ｄａ ． ｎ ｖ ｒ ｅ ｅ ｐ ｃ ｈ ｔｅ １ ］Ｂ ｕ ｈ ｒ ａ ａｈ ｎ ｒｎ Ａ ｅ ｉ ｏ ｔ ａｅ ｕ ｌ Ｎ Ｏ ｖｗ ｆ Ｓ ｈ Ｓ ｔ
图 ７和 图 ８ 反 射 镜 Ｚ向 自重 变 形 和 温 升 变 形 云 为
作者 简介 ： 宝玉（ ９ １ ）女 ， 孙 １７ 一 ， 副教授 ， 博士 ， 主要从 事机械 制造及 其
自动 化 、 间 光 机 结 构 ＣＡ ／ Ｅ方 面 的 研 究 。 空 ＤＣＡ
收 稿 日期 ： ｏ ８ １ 一 ２ ２ ０ — ２ ｏ
而发 生 的弹性 变 形 ； 问 遥感 器 在 空 间进 行工 作 时 ， 射 空 反 镜及 其 支 撑结 构 受 热后 会 产生 热 弹性 变 形 ，支 撑 结构 的 寸稳 定性 ， 增加 连 接结 构 的柔性 ， 需 因此对 直 接 与反 射镜
相连的锥套结构进行改进， 变整体胶接为局部柔性胶接。 变形最后会作用在反射镜上 ，所以需要模拟计算遥感器 ２ 柔性 连 接结 构设 计 分析 在 空 间环境 工 作 时 的镜 面变形 ，以 上两 种 工况 下 的镜 面 原有 锥 套 结 构 形 式 如 图 ２
足成像要求 而熟环境工况下显著超差， 遥感器不能正常成像 因此对反射镜支撑结构进行改进， 增加了柔性结构。 通过 有限元分析结果表明 ＇ 在柔性结构的调节作用下， 反射镜在力和热两种环境约束工况下 面形精度均满足成像质量要
疙劈髑 １ 。 识 ：｜Ｊ 编 Ｉ。３（。０ ０－ 鬟 锻 ７ ｌ≯ １章 ）－ ７ 献 Ａ ０ 毖 ０ ０。 ０ ９３ Ｉ 喾 ≯性 标｜毒 ｌ Ｉ’３２。 ０ ２ 扣分 号 ， 柔文 ■ｊ 号１２３Ｃ ６ 图类： 堙 码 ：莲 １ ｌ 文 ２
３ 反射镜 组件 有 限 元仿 真 及结 果分 析
［ ］ 薛实 福 ， 庆祥 ． 密仪 器设 计 ［ ． 京 ： 华大 学 出版社 ， ８ 李 精 Ｍ］ 北 清
１ ９１ ９ ．
为研 究柔性结构对热尺寸稳定性 的贡献 ，考察反射
镜 组 件 结 构 在 热 环 境 工 况 下
［ ］ 辛洪兵 ， ９ 郑伟智 ， 赵罘． 弹性铰链研究 ［］ Ｊ＿ 光学精密工程 ，０ ３ １ ２０ ，１
合适 的 ｔ 值以保证铰链具有合适 的转角刚度。
［］ 姜景山． １ 空间科 学与应 用［ ． ： Ｍ］ 北京 科学出版社 ， ０ １ ２０ ．
１ Ｊａ ｈｊ． ｃ ｉｖ ｍｅｔ ｎ ｒｓｅｔ ｆ ａｅｌｅＲ ｍｏｅＳｎ ｉｇ Ｊ ｉｏＳ ｉ Ａ ｈｅｅ ｎ ｄＰｏｐ ｃ ｏ ｔｌｔ ｅ ｔ ｅ ｓ ２ ｕ ａ Ｓ ｉ ｎ
制 造业 信 总化
仿真 ， 建骥 Ｉ ＡＤ ＣＡ ＣＡ Ｉ ＡＰ Ｃ Ｉ ＭＩ Ｅ Ｃ Ｐ
保 证 其 在 动 力 学 环 境 下 不 产 生疲 劳 和
接结构的柔性 ，反射镜
自重工况下面形 Ｐ 值
由原 来 的 ３ ｎ ５ｍ 破坏 ］因此 ， ， 分析 提 高 了 ，
单个圆弧铰链参数 提高到 ４ ｎ Biblioteka Baidu明结构 ６ ｍ，
Ａ ｃｌｒｔ ｎＥ ｖｒｎ ｅ ｔＣｊＳ １ １ ９ ， ｏ． ２ ０９ — ０ ． ｃ ｅｅａｉ ｎ ｉ ｍ ｎｌ ／ ＰＥ，９ ４ ￣ １２ ２ ：０ １ １ ｏ ｏ ／
（ 辑 立 编 明）
和 ２℃±ｃ的温升 载荷 ㈣， ０ ４Ｉ Ｃ 分析反射镜 组件结构在这两
种工况下的反射镜面形精度。计算结果如图 ７ 和图 ８ 所示。
高面形精度是非常必要的， 以提高成像可靠性。 为了使反 分辨力高 、 质量轻 、 覆盖面大的遥感器 。本文探讨的光 射镜有好 的面形精度 ，与其 ３ 个支撑孔相连接 的锥套采 学遥 感 器所 经 受 的静 力 学 环境 主要 指 反 射镜 因 自身重 力 用与 ＳＣ线涨 系数 相近 的铟 钢材 料 ， 了保证 反 射镜 热 尺 ｉ 为
）
。 薯
为了适应空间遥感技术的不断发展 、大信息量需求 下均能保证尺寸的稳定性 ，且需要保证组件安装在整机
及灵 活多 变 的任务 要 求 ， Ｃ Ｃ Ｄ实 时 传输 型光 学 遥 感 器 的 研制 已成 为各 国空 问技 术 人员 的重 点科 研课 题 ，特 别 是
上后 ， 面形精度仍满足成像要求 ， 因而采取适当的措施提
［ ］ 吴 清文． ４ 高精度 轻型长条形 反射镜多点 支撑方 案［ ］ Ｊ． 光学精 密
工 程 ，９ ９ ６ ７ ：３ ２ ． １ ９ ． （ ）２ — ９
［ ］ 赵 立新 ． 间太 阳望远镜 的热设计和热 光学分析 ｌ ］ ５ 空 Ｊ． 航天返 回
与 遥 感 ，０ ２ ２ （ ） １ － ８ ２ ０ ，３ １ ： １ １．
制造业信总化
仿奠 ， 建赣 Ｉ Ａ Ｃ Ｃ ＤＩ ＡＭＩ ＡＥ Ｃ Ｐ Ｃ Ｉ ＡＰ
光学反 射镜及其支 撑结构设计与分 析
孙 宝 玉 。 付 立 成 （ 长春 工 业 大 学 机 电学 院 长 春 １０ １ ３ ０ ２）
壹间 学 疟 反 镜 其 撑吉 行 静力 弹 盼 ，面 云 显 反 镜 形 度 学 况 满 空 光 遥募 射 及 支 器 了 学热 镜 图 示 射 面 精 在力 工 下
的连接支撑结构进行合理的设计 ， 提高结构 的柔性 ， 使反 而 Ｒ值 的刚度影响较大 ， 随着 ｔ 的增加 ， 值 转角 刚度呈二 射镜在保持高刚度的同时 ， 温升变形也满足了成像质量要 次 曲线 增 加 ， 兄值 的增 加 ， 角 刚 度减 小 ， 对 柔 性 求 ， 而 转 Ｒ值 热尺 寸稳 定 性 良好 ， 而说 明此柔 性 连接 结 构 对反 射 进 铰链转角刚度的影响并不是特别敏感。 因而 ， 在实际设计 镜组件结构的稳定性具有较大贡献 ， 结构是合理可行的。 过程中 ， 以根据结构的要求先确定 Ｒ值 的大小 ， 可 再确定 ［ 参考文献 ］
境下镜面面形满足成像要求 ， 但热工况下却显著超差。 遥 锥套胶接 ， 锥套与支撑结构 感器将不 能准确成像 。这就需要采取适 当措施降低热工 采用螺栓联接 ， 支撑结构再 况下 反 射 镜 面 形 的 Ｐ 值 。 与背 部支撑 板通 过螺 栓连 将锥套改为柔性结构如 图
接 ， 后 与 整体 框 架 连 接 Ｅ 最 ４ ］ 。 为 了满 足 成 像 质 量 要 求 ， 反
在 外 力 和 弯 矩 作 用
刚性降低 ；而在温升工
下 的转 角 刚度 ， 就 况下反射镜面形 Ｐ Ｖ值
可 对 铰 链 进 行 合 理 显 著 降低 了 ，由原 来 的 的设 计 ， 铰链转 角刚
３０ ｍ降低到 ３ｎ 说 ３ｎ ｌｍ，
明结 构 柔 性 显 著 增 强 ，
度计算如图４ 所示。
（ ） ８ — ４ １ ：９ ９ ．
的热变形 ， 建立反射镜组件有 ［０］刘伟 ． １ 单轴柔性铰 链转角 刚度的计算机 辅助计算 ［］ 学精 密 Ｊ． 光 限元模型如图 ６所示。 工 程 ，０ ０ ２ ８ ：７ — ８ ． ２ ０ ， （ ） １ ８ １０ 反射镜材料采用 ＳＣ１１ ［ ］宋朝晖 ， ｉ［ ２ １］ －， １ １ 吴清文 ， 卢锷 ． 面长圆状反射镜支撑 结构 的工程分 非球 析［ ］ Ｊ． 光学精密工程 ，９ ９ ６ ７ ：６ ６ ． １ ９ ， （ ）５ — ０ 其 余 组 件 分 别 采 用 铟 钢 、 合 钛 金和铝基复合材料 ， 在反射镜 背部 支撑 板 的螺钉 连接处 施
３所 示 。沿 圆 周 １ ０ ２ ０均 布
三 个柔 性铰 链 ， 高结 构 的 提 柔性 ， 与此 同 时还要 保证 但
射镜 面形精 度应满 足 Ｐ ≤
６ ． ｍ， 力 学 和 热 学 工 况 ３ｒ 在 ２ ｉ
锥套件本身的强度和刚度 ，
机 械工程师 ２０ 年第３ ６７ ０９ 期
［ ］ 吴 清彬 ， 时锦 ， 申． 学遥感器 轻质反射 镜的结构 一 ６ 陈 董 光 热优 化 设计［ ］ Ｊ． 光学技术 ，０ ３ ２ （ ）５ ２ ５ ７ ２ ０ ，９ ５ ：６ — ６ ．
［］ 张志杰 ， ７ 袁怡宝． 单边导 角形柔性铰链 的计算 与性 能分析［］ Ｊ． 光
学精密工程 ，０ ７ １ （ ）３ ４ ３ ９ ２ ０ ，５ ３ ： ８ — ８ ．
参见文献推导计算过程 ， 柔性铰链 的转角公式为 ：
在温度变化时具有能适 应尺寸变化的能力。两
０ 。６ ｓ Ｍ ） ： （＋２ｉ ， Ｊ ２ｆ ｎ ｄ １—ｓ ２ｉ Ｒｎ ａ
（ 种工况下反射镜的面形 １ ）
式中 ， 微元所受的力矩 ； 一 一 Ｅ 铰链材料的弹性模量 ；－ ｂ 铰 精度仍满足反射镜成像 链 厚度 ； 一 性 铰链 圆弧半 径 ； 柔性 铰 链最 薄 处厚 度 。 兄柔 ｔ － 质量 要 求 ，且 留有 一定 用 Ｒ ｍ ｅｇ 值 积 分方 法 对上 式 进 行积 分 ，可 得 到 的安全裕度 ，具有较高 ｏ ｂｒ 数
图， 由图可知 ， 在重力工况下镜 面面形 Ｐ Ｖ值为 ４ ｎ 在 ６ ｍ， 温升工况下镜面面形 Ｐ Ｖ值为 ３ ｒ 。 １ ｍ 由此可见 ， ｉ 增加 了连
６ ｉ ８ 机械工程师 ２０ 年第３ ０９ 期
不 同 的 Ｒ、值 下 柔性 铰 链 的转 角 刚 度 Ｋ Ｍ Ｏ ，计 算 结 ｔ ＝ ／值
果 如 图 ５所示 。
的可靠 性 。
４ 结 论
从 图 ５ 以看 出 ，值 的 大小 对 柔性 铰链 的转 角 刚 度 可 ｔ
文 中对 光学 反 射镜
影 响较 大 ， 随着 ｔ 的增加 ， 角刚度呈二次 曲线增加 ， 值 转
变形 均 须满 足 面 形精 度 Ｐ ≤６ ． ｍ， 感 器 才 能达 到 成 所示 ，锥套底部有 ４ Ｖ ３ｒ 遥 ２ ｉ 个螺钉孔
像质量要求 。
１ 反 射镜 组件 结 构模 型
与支撑件相连接 ，锥套外侧 面
与反 射镜 支撑 孔 胶接 。此 时经 图 １ 示 为某 空 间光 学 遥感 器 一 圆形 球 面 反射 镜 组 有 限元分析计算在重力环境下 所 件 结 构 图 ，反 射 镜 通 光 孔 径 为 ｑ ８ ｍ ５ ０ ｍ，球 半 径 为 反射镜面形 Ｐ ５ 值在 ３ｎ ５ ｍ，热工况下反射镜 面形 Ｐ Ｖ值 ２ ９ ｍ 厚 度 为 ６ ｒｍ， 料 为 ＳＣ ９ ０ ｍ， ５ ａ 材 ｉ 。整 体 采用 背部 支 撑 在 ３０ ｍ。 明显 结构 刚度 过 高 而柔 性不 足 ， 然力 学环 ３ｎ 很 虽 形式 安 装 。装 配关 系是 ： 反射 镜 背部 采 用 三点 支 撑 ， 与 且
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｈｎ ｌ ／Ｐ Ｅ，９ ８ Ｖ １ ５ ５ ２ — ０ ｅ ｈ ｏｏｙｉ Ｃ ｉａ ｊＳ Ｉ １ ９ ， ｏ． ０ ：６ ３ ． ｎ Ｃ／ ３
［ ］ 牛 晓明．Ａ ３ Ｃ Ｅ技术 在空间相 机光机结构设计 中 的应用 ［ Ｊ Ｊ． 光学
精 密 工 程 ，９ ９ ６ ７ ：３ ２ ． １ ９ ， （ ）２ — ９
【２ Ａ ａ ｏ ＭＩ ｌｓ ｅｎＲ Ｒ Ｓｌ ｏ ａｂｄ ｉｈ ｅｅｃｐ ｓ ｏ Ｉ ｊ ｎ ｐｌ ，Ｇａｈ ｅ ． ｉｃ ｎｃｒｉｅｌ ｔｔｌｓｏ ｅ ｒ ｉ ｇ ｆ
ｓａ ｅ ｐ ｌ ａ ｏ ］ ＰＥ １ ９ ， ｏ １０ ： ｌ ７ ｐ ｃ ｐｉ ｔ ｎｌ ／ Ｉ ，９ ３Ｖ １ ８ １５－ ． ａ ｃ ｉ Ｃ／ Ｓ ． ５ ［ ３ ａ ｇ ｅ ＣＲ Ｒ ｍ ｃ ａ ｄａ ． ｎ ｖ ｒ ｅ ｅ ｐ ｃ ｈ ｔｅ １ ］Ｂ ｕ ｈ ｒ ａ ａｈ ｎ ｒｎ Ａ ｅ ｉ ｏ ｔ ａｅ ｕ ｌ Ｎ Ｏ ｖｗ ｆ Ｓ ｈ Ｓ ｔ
图 ７和 图 ８ 反 射 镜 Ｚ向 自重 变 形 和 温 升 变 形 云 为
作者 简介 ： 宝玉（ ９ １ ）女 ， 孙 １７ 一 ， 副教授 ， 博士 ， 主要从 事机械 制造及 其
自动 化 、 间 光 机 结 构 ＣＡ ／ Ｅ方 面 的 研 究 。 空 ＤＣＡ
收 稿 日期 ： ｏ ８ １ 一 ２ ２ ０ — ２ ｏ
而发 生 的弹性 变 形 ； 问 遥感 器 在 空 间进 行工 作 时 ， 射 空 反 镜及 其 支 撑结 构 受 热后 会 产生 热 弹性 变 形 ，支 撑 结构 的 寸稳 定性 ， 增加 连 接结 构 的柔性 ， 需 因此对 直 接 与反 射镜
相连的锥套结构进行改进， 变整体胶接为局部柔性胶接。 变形最后会作用在反射镜上 ，所以需要模拟计算遥感器 ２ 柔性 连 接结 构设 计 分析 在 空 间环境 工 作 时 的镜 面变形 ，以 上两 种 工况 下 的镜 面 原有 锥 套 结 构 形 式 如 图 ２
足成像要求 而熟环境工况下显著超差， 遥感器不能正常成像 因此对反射镜支撑结构进行改进， 增加了柔性结构。 通过 有限元分析结果表明 ＇ 在柔性结构的调节作用下， 反射镜在力和热两种环境约束工况下 面形精度均满足成像质量要
疙劈髑 １ 。 识 ：｜Ｊ 编 Ｉ。３（。０ ０－ 鬟 锻 ７ ｌ≯ １章 ）－ ７ 献 Ａ ０ 毖 ０ ０。 ０ ９３ Ｉ 喾 ≯性 标｜毒 ｌ Ｉ’３２。 ０ ２ 扣分 号 ， 柔文 ■ｊ 号１２３Ｃ ６ 图类： 堙 码 ：莲 １ ｌ 文 ２
３ 反射镜 组件 有 限 元仿 真 及结 果分 析
［ ］ 薛实 福 ， 庆祥 ． 密仪 器设 计 ［ ． 京 ： 华大 学 出版社 ， ８ 李 精 Ｍ］ 北 清
１ ９１ ９ ．
为研 究柔性结构对热尺寸稳定性 的贡献 ，考察反射
镜 组 件 结 构 在 热 环 境 工 况 下
［ ］ 辛洪兵 ， ９ 郑伟智 ， 赵罘． 弹性铰链研究 ［］ Ｊ＿ 光学精密工程 ，０ ３ １ ２０ ，１
合适 的 ｔ 值以保证铰链具有合适 的转角刚度。
［］ 姜景山． １ 空间科 学与应 用［ ． ： Ｍ］ 北京 科学出版社 ， ０ １ ２０ ．
１ Ｊａ ｈｊ． ｃ ｉｖ ｍｅｔ ｎ ｒｓｅｔ ｆ ａｅｌｅＲ ｍｏｅＳｎ ｉｇ Ｊ ｉｏＳ ｉ Ａ ｈｅｅ ｎ ｄＰｏｐ ｃ ｏ ｔｌｔ ｅ ｔ ｅ ｓ ２ ｕ ａ Ｓ ｉ ｎ
制 造业 信 总化
仿真 ， 建骥 Ｉ ＡＤ ＣＡ ＣＡ Ｉ ＡＰ Ｃ Ｉ ＭＩ Ｅ Ｃ Ｐ
保 证 其 在 动 力 学 环 境 下 不 产 生疲 劳 和
接结构的柔性 ，反射镜
自重工况下面形 Ｐ 值
由原 来 的 ３ ｎ ５ｍ 破坏 ］因此 ， ， 分析 提 高 了 ，
单个圆弧铰链参数 提高到 ４ ｎ Biblioteka Baidu明结构 ６ ｍ，
Ａ ｃｌｒｔ ｎＥ ｖｒｎ ｅ ｔＣｊＳ １ １ ９ ， ｏ． ２ ０９ — ０ ． ｃ ｅｅａｉ ｎ ｉ ｍ ｎｌ ／ ＰＥ，９ ４ ￣ １２ ２ ：０ １ １ ｏ ｏ ／
（ 辑 立 编 明）
和 ２℃±ｃ的温升 载荷 ㈣， ０ ４Ｉ Ｃ 分析反射镜 组件结构在这两
种工况下的反射镜面形精度。计算结果如图 ７ 和图 ８ 所示。
高面形精度是非常必要的， 以提高成像可靠性。 为了使反 分辨力高 、 质量轻 、 覆盖面大的遥感器 。本文探讨的光 射镜有好 的面形精度 ，与其 ３ 个支撑孔相连接 的锥套采 学遥 感 器所 经 受 的静 力 学 环境 主要 指 反 射镜 因 自身重 力 用与 ＳＣ线涨 系数 相近 的铟 钢材 料 ， 了保证 反 射镜 热 尺 ｉ 为
）
。 薯
为了适应空间遥感技术的不断发展 、大信息量需求 下均能保证尺寸的稳定性 ，且需要保证组件安装在整机
及灵 活多 变 的任务 要 求 ， Ｃ Ｃ Ｄ实 时 传输 型光 学 遥 感 器 的 研制 已成 为各 国空 问技 术 人员 的重 点科 研课 题 ，特 别 是
上后 ， 面形精度仍满足成像要求 ， 因而采取适当的措施提
［ ］ 吴 清文． ４ 高精度 轻型长条形 反射镜多点 支撑方 案［ ］ Ｊ． 光学精 密
工 程 ，９ ９ ６ ７ ：３ ２ ． １ ９ ． （ ）２ — ９
［ ］ 赵 立新 ． 间太 阳望远镜 的热设计和热 光学分析 ｌ ］ ５ 空 Ｊ． 航天返 回
与 遥 感 ，０ ２ ２ （ ） １ － ８ ２ ０ ，３ １ ： １ １．
制造业信总化
仿奠 ， 建赣 Ｉ Ａ Ｃ Ｃ ＤＩ ＡＭＩ ＡＥ Ｃ Ｐ Ｃ Ｉ ＡＰ
光学反 射镜及其支 撑结构设计与分 析
孙 宝 玉 。 付 立 成 （ 长春 工 业 大 学 机 电学 院 长 春 １０ １ ３ ０ ２）
壹间 学 疟 反 镜 其 撑吉 行 静力 弹 盼 ，面 云 显 反 镜 形 度 学 况 满 空 光 遥募 射 及 支 器 了 学热 镜 图 示 射 面 精 在力 工 下
的连接支撑结构进行合理的设计 ， 提高结构 的柔性 ， 使反 而 Ｒ值 的刚度影响较大 ， 随着 ｔ 的增加 ， 值 转角 刚度呈二 射镜在保持高刚度的同时 ， 温升变形也满足了成像质量要 次 曲线 增 加 ， 兄值 的增 加 ， 角 刚 度减 小 ， 对 柔 性 求 ， 而 转 Ｒ值 热尺 寸稳 定 性 良好 ， 而说 明此柔 性 连接 结 构 对反 射 进 铰链转角刚度的影响并不是特别敏感。 因而 ， 在实际设计 镜组件结构的稳定性具有较大贡献 ， 结构是合理可行的。 过程中 ， 以根据结构的要求先确定 Ｒ值 的大小 ， 可 再确定 ［ 参考文献 ］
境下镜面面形满足成像要求 ， 但热工况下却显著超差。 遥 锥套胶接 ， 锥套与支撑结构 感器将不 能准确成像 。这就需要采取适 当措施降低热工 采用螺栓联接 ， 支撑结构再 况下 反 射 镜 面 形 的 Ｐ 值 。 与背 部支撑 板通 过螺 栓连 将锥套改为柔性结构如 图
接 ， 后 与 整体 框 架 连 接 Ｅ 最 ４ ］ 。 为 了满 足 成 像 质 量 要 求 ， 反
在 外 力 和 弯 矩 作 用
刚性降低 ；而在温升工
下 的转 角 刚度 ， 就 况下反射镜面形 Ｐ Ｖ值
可 对 铰 链 进 行 合 理 显 著 降低 了 ，由原 来 的 的设 计 ， 铰链转 角刚
３０ ｍ降低到 ３ｎ 说 ３ｎ ｌｍ，
明结 构 柔 性 显 著 增 强 ，
度计算如图４ 所示。
（ ） ８ — ４ １ ：９ ９ ．
的热变形 ， 建立反射镜组件有 ［０］刘伟 ． １ 单轴柔性铰 链转角 刚度的计算机 辅助计算 ［］ 学精 密 Ｊ． 光 限元模型如图 ６所示。 工 程 ，０ ０ ２ ８ ：７ — ８ ． ２ ０ ， （ ） １ ８ １０ 反射镜材料采用 ＳＣ１１ ［ ］宋朝晖 ， ｉ［ ２ １］ －， １ １ 吴清文 ， 卢锷 ． 面长圆状反射镜支撑 结构 的工程分 非球 析［ ］ Ｊ． 光学精密工程 ，９ ９ ６ ７ ：６ ６ ． １ ９ ， （ ）５ — ０ 其 余 组 件 分 别 采 用 铟 钢 、 合 钛 金和铝基复合材料 ， 在反射镜 背部 支撑 板 的螺钉 连接处 施
３所 示 。沿 圆 周 １ ０ ２ ０均 布
三 个柔 性铰 链 ， 高结 构 的 提 柔性 ， 与此 同 时还要 保证 但
射镜 面形精 度应满 足 Ｐ ≤
６ ． ｍ， 力 学 和 热 学 工 况 ３ｒ 在 ２ ｉ
锥套件本身的强度和刚度 ，
机 械工程师 ２０ 年第３ ６７ ０９ 期
［ ］ 吴 清彬 ， 时锦 ， 申． 学遥感器 轻质反射 镜的结构 一 ６ 陈 董 光 热优 化 设计［ ］ Ｊ． 光学技术 ，０ ３ ２ （ ）５ ２ ５ ７ ２ ０ ，９ ５ ：６ — ６ ．
［］ 张志杰 ， ７ 袁怡宝． 单边导 角形柔性铰链 的计算 与性 能分析［］ Ｊ． 光
学精密工程 ，０ ７ １ （ ）３ ４ ３ ９ ２ ０ ，５ ３ ： ８ — ８ ．
参见文献推导计算过程 ， 柔性铰链 的转角公式为 ：
在温度变化时具有能适 应尺寸变化的能力。两
０ 。６ ｓ Ｍ ） ： （＋２ｉ ， Ｊ ２ｆ ｎ ｄ １—ｓ ２ｉ Ｒｎ ａ
（ 种工况下反射镜的面形 １ ）
式中 ， 微元所受的力矩 ； 一 一 Ｅ 铰链材料的弹性模量 ；－ ｂ 铰 精度仍满足反射镜成像 链 厚度 ； 一 性 铰链 圆弧半 径 ； 柔性 铰 链最 薄 处厚 度 。 兄柔 ｔ － 质量 要 求 ，且 留有 一定 用 Ｒ ｍ ｅｇ 值 积 分方 法 对上 式 进 行积 分 ，可 得 到 的安全裕度 ，具有较高 ｏ ｂｒ 数
图， 由图可知 ， 在重力工况下镜 面面形 Ｐ Ｖ值为 ４ ｎ 在 ６ ｍ， 温升工况下镜面面形 Ｐ Ｖ值为 ３ ｒ 。 １ ｍ 由此可见 ， ｉ 增加 了连
６ ｉ ８ 机械工程师 ２０ 年第３ ０９ 期
不 同 的 Ｒ、值 下 柔性 铰 链 的转 角 刚 度 Ｋ Ｍ Ｏ ，计 算 结 ｔ ＝ ／值
果 如 图 ５所示 。
的可靠 性 。
４ 结 论
从 图 ５ 以看 出 ，值 的 大小 对 柔性 铰链 的转 角 刚 度 可 ｔ
文 中对 光学 反 射镜
影 响较 大 ， 随着 ｔ 的增加 ， 角刚度呈二次 曲线增加 ， 值 转
变形 均 须满 足 面 形精 度 Ｐ ≤６ ． ｍ， 感 器 才 能达 到 成 所示 ，锥套底部有 ４ Ｖ ３ｒ 遥 ２ ｉ 个螺钉孔
像质量要求 。
１ 反 射镜 组件 结 构模 型
与支撑件相连接 ，锥套外侧 面
与反 射镜 支撑 孔 胶接 。此 时经 图 １ 示 为某 空 间光 学 遥感 器 一 圆形 球 面 反射 镜 组 有 限元分析计算在重力环境下 所 件 结 构 图 ，反 射 镜 通 光 孔 径 为 ｑ ８ ｍ ５ ０ ｍ，球 半 径 为 反射镜面形 Ｐ ５ 值在 ３ｎ ５ ｍ，热工况下反射镜 面形 Ｐ Ｖ值 ２ ９ ｍ 厚 度 为 ６ ｒｍ， 料 为 ＳＣ ９ ０ ｍ， ５ ａ 材 ｉ 。整 体 采用 背部 支 撑 在 ３０ ｍ。 明显 结构 刚度 过 高 而柔 性不 足 ， 然力 学环 ３ｎ 很 虽 形式 安 装 。装 配关 系是 ： 反射 镜 背部 采 用 三点 支 撑 ， 与 且
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｈｎ ｌ ／Ｐ Ｅ，９ ８ Ｖ １ ５ ５ ２ — ０ ｅ ｈ ｏｏｙｉ Ｃ ｉａ ｊＳ Ｉ １ ９ ， ｏ． ０ ：６ ３ ． ｎ Ｃ／ ３
［ ］ 牛 晓明．Ａ ３ Ｃ Ｅ技术 在空间相 机光机结构设计 中 的应用 ［ Ｊ Ｊ． 光学
精 密 工 程 ，９ ９ ６ ７ ：３ ２ ． １ ９ ， （ ）２ — ９