光学反射镜及其支撑结构设计与分析

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大孔径长条反射镜支撑结构的设计

表明：性铰链最薄处厚度为４ｒｍ，弧半径为２ｍｍ时，射镜在重力和４柔ｎ圆反 ℃均匀温升工况下的面形精度ＲＭＳ值均优
于１．ｍ；件实际一阶固有频率为１６Ｈｚ与有限元分析结果的误差小于５；性支撑结构动态应力响应远小于２３ｎ组４，柔
大孔径长条反射镜支撑结构的设计
辛宏伟¨ ，关英俊李景林杨利伟董得义张学军，，，，
（．１中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１０３；３０３２长春工业大学机电工程学院，．吉林长春１０１３０２）
中图分类号：４．；Ｖ４３５ＴＨ７３０
Ｄｅｉｎｏｕｏｔｆｒｌｒｅａｅｔｒｅｔｎｇｌｒｍｉｒｒｓｇｆｓｐｐｒｏａｇｐｒｕｅｒｃａｕａｒｏ
ＸＩＨｏｇｗｅ¨ ，ＧＵＡＮｎ－ｕｚＮｎ — ｉＹｉｇｊｎ，ＬＩｉｇｌｎ —ｉ，ＪｎＹＡＮＧｉｉ，Ｌ－ＤＯＮＧ－ｉ，ＺＨＡＮＧｅｊｎｗｅＤｅｙＸｕ－ｕ
摘要：了使大孔径长条形空间反射镜支撑结构同时满足高刚度、强度和良好的热尺寸稳定性要求，立了反射镜支为高建撑系统的模态解析数学模型，对该模型所描述的反射镜沿各轴向的平动和转动模态特性进行了研究。根据模态解析并解得出３个支撑点确保质量分布相对均匀时，统的动一态刚度最大的结论，结合有限元分析技术确定了反射镜的系静并

离轴多反射镜系统支撑结构的设计与装调

ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｆｉｔｔｉｎｇｓｗｅｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｗｉｔｈｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ，ｔｈｅａｄｈｅｓｉｖｅｗａｓＪ１３３ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎａｎｄ
ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｉｅｓｏｆｔｈｅｃａｍｅｒａ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｓｔｅｐｓｆｏｒａｓｓｉｓｔａｌｉｇｎｍｅｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｇｌｕｉｎｇｔｈｅｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｉｅｓｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙａｓｓｅｍｂｌｙａｎｄａｌｉｇｎｍｅｎｔｗｅｒｅｄｏｎｅｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｅｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｓｔｒｕｔｓａｎｄｆｉｔｔｉｎｇｓｕｓｉｎｇｔｈｅａｓｓｉｓｔａｎｃｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｆｏｒｍａｌａ — ｌｉｇｎｍｅｎｔｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｌｏｃａｔｉｎｇｐｉｎｓ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｔｓａｎｄｆｉｔｔｉｎｇｓｗｅｒｅｒｅｓｔｏｒｅｄｉｎｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｉｎｉｔｉａ１ｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｎｄｂｏｎｄｅｄｗｉｔｈａｄｈｅｓｉｖｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄａｔｒｏｏｍｔｅｍ— ｐｅｒａｔｕｒｅｆｏｒ５— ７ｄａｙｓ。ａｎｄｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙａｎｄａｌｉｇｎｍｅｎｔｗｅｒｅｆｉｎｉｓｈｅｄａｆｔｅｒｄｉｓｍａｎｔｌｉｎｇｔｈｅａｓｓｉｓｔａｎｃｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｐｉｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｅｓｔｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｆｉｒｓｔ — ｏｒ一

大口径反射镜轻量化及其支撑结构设计

大口径反射镜轻量化及其支撑结构设计李畅;何欣【摘要】为了满足大口径（800mm ×400mm）矩形轮廓反射镜的结构稳定性设计要求，采用背部3点支撑方式，基于Bipod原理，为某超宽覆盖空间的相机主镜设计了一种新型柔性支撑结构。

分析了反射镜各结构参量对其质量和刚度的影响，选取其中影响较大的参量作为设计变量，对镜体轻量化结构进行了优化设计，并进行了有限元分析。

结果表明，优化设计后的反射镜组件具有较好的力学适应性、温度适应性和动态刚度。

振动试验结果与有限元分析结果相符，证明了其准确性。

%In order to satisfy the structure stability of a large rectangle mirror (800mm ×400mm), a novel flexible supporting structure of space camera primary mirror with super wide coverage was designed by Bipod principlein which three supporting points were adopted in backside of themirror .The influence of the structure parameters on the mass and stiffness of the mirror was analyzed .The parameters which had significant effect were chosen as the design variables and the optimization design of mirror lightweight structure was carried out .The finite element analysis was conducted .The results indicate that the mirror structure has better mechanical adaptability , thermal adaptability and dynamical stiffness .The results of finite element analysis are consistent with the results of vibration test .【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P337-340)【关键词】光学制造;结构设计;大口径反射镜;轻量化;支撑结构【作者】李畅;何欣【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033; 中国科学院大学，北京100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033【正文语种】中文【中图分类】TN202引言随着科学技术的不断发展以及对地观测要求的不断提高，高分辨率、宽覆盖的空间相机逐渐成为光学遥感器的发展趋势，因此，通常采用具有长焦距、大口径、大视场等特点的离轴三反光学系统［1-2］。

大孔径光学反射镜球铰支撑设计与分析

镜球铰支撑的结构设计进行了论述，同时为了验证设计的可行性采用了非线性分析方法，对实际模型进行解
算．确定了球铰支撑预紧力的选取范围为５１５０Ｎ — ０。通过模拟件试验验证了采用球铰支撑的反射镜能够满足倾斜量＜５的设计要求，使反射镜在一定的工作环境中能够稳定地工作，满足系统成像的需要。本文可为大孔径光学反射镜支撑技术提供一定的参考和借鉴。
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｓａｋｙｔｃｎｌｇｆｈｇｒｓｌｔｎｃｍｅａｈｕｏｔｏａｇｐｒｕｅｏｔｃｌｍｉｏｓａｅｅｅｈｏｏｙｏｉｈ－ｅｏｕｉａｒ，ｔｅｓｐｐｒｆｌｒｅａｅｔｒｐｉａｒｒｍｕｔｈｖｏｅｏｇｇｄｔｎｏｌｘｂｌｙｔｔｆｒｔｅｍｉｒｒｔｃｎａａｔｔｈｍｐｃｎｍｉｒｒｗｈｎｔｅｔｍｐｒｔｒｎｕｈｒｉｉａｄｓｍｅｆｅｉｉｉｏｆｏｈｒｏ．Ｉａｄｐｏｔｅｉａｔ０ｒｏｅｈｅｅａｕｅｉｙｔｉｃａｇｓｔｃｎａｓｒａｌｎａｃｈｅｉｂｉｔｎｄｐａｉｎｏｈａｇｐｒｕｅＩｉＯｎｖｒｕｆｉａｌｈｎｅ．ＩａｌｏｇｅｔｅｈｎｅｔｅｒｌｌｙａｄａａｔｔｏｆｔｅｌｒｅａｅｔｒＴｌＦｉｉｔｅｏｔｂｌｙａｉＩＴｓｈｎｅｓｒｃｕｅｎｔｉａｅ，ｔｅｂｌｈｎｅｓｐｏｔｏａｇｐｒｕｅｏｔａｒｏｓｄｓｒｂｄｔｒｕｈｔｅｃｌｉｇｔｕｔｒ．Ｉｈｓｐｐｒｈａｌｉｇｕｐｒｆｌｒｅａｅｒｐｉｌｍｉｒｉｅｃｉｅｈｏｇｈｏｎ— ｔｃｐｒｓｎｏｏｒｏｕｐｒｓａｉｏｆｓｍｅｍｉｒｒｓｐｏ．Ｍｅｎｉ，ｈｏｌｎａｎｌｓｓｉｄｐｅｎｏｄｒｔｅｉｈｅｓｂｌｔｆｔｅｔａｗｈｌｔｅｎｎｉｅｒａａｙｉｓａｏｔｄｉｒｅｏｖｒｆｔｅｆａｉｉｙｏｈｅｙｉ

光学反射镜柔性支撑方式静态分析与计算

光学反射镜柔性支撑方式静态分析与计算[摘要] 本文采用非线性有限元分析方法，以球铰支撑结构的反射镜为例，最大程度地模拟实际结构,并将罚函数的摩擦形式引进到摩擦接触对中，进行实际模型的解算，使得分析结果更加精确。

同时对全固定支撑方式分析结果进行比较，说明了球铰支撑静态环境下工作的稳定性。

[关键词] 有限元球铰静态1.引言由于反射镜组件在使用环境的温度变化以及不可克服的重力场等因素作用下，都会引起参与成像的反射镜发生变形，从而造成光学反射镜的面形精度下降，最终导致成像质量的降低。

合理的支撑方式会较大程度的减小环境因素对光学成像系统的影响，而在支撑方式中设置一定程度柔性环节是行之有效的方法，特别是在空间环境下的空间望远镜、空间遥感器中采用柔性结构就更加普遍。

柔性结构有多种形式，如柔性弹簧片、球铰支撑等等多种形式。

本文利用非线性有限元工程分析对某型光学反射镜球铰支撑方式进行了静态分析和评价【1-2】。

2.球铰支撑反射镜组件工程分析本文所研究的反射镜及其支撑结构如图1所示。

其主要结构件由衬套、圆锥压块、球头、顶丝构成【3】。

2.1球铰支撑的基本形式反射镜通光孔径为800mm×600mm，球半径5200mm，反射镜最小厚度为115mm，材料为sic。

由于长条反射镜孔径较大，所以采用9点支撑形式，如图1所示。

反射镜与支撑件之间用殷钢锥套过渡，并且将殷钢线胀系数调节到与反射镜的一致，以实现反射镜的温度适应性。

球头的球半径24mm，所选用的殷钢材料与上下圆锥压块、衬套相同，其线胀系数调配得也与反射镜材料相同。

在实现局部三点定位后，再通过小三角板实现三点到一点的过渡，并且最终通过大三角板过渡后实现九点到三点定位。

4块三角板材料选用钛合金，以便降低质量，所选材料的属性见表1。

衬套与反射镜的镜体胶接在一起，通过备紧顶丝将两个圆锥压块与球头压紧，而球头尾杆又通过锁紧螺母与三角板联接。

图1 反射镜及其球铰支撑结构表1反射镜组件选用主要材料属性表材料10-6kg/mm3 egpa μ smpa a10-6 /°c碳化硅 3.12 320 0.18 360 2.15钛合金 4.4 114 0.29 890 8.90殷钢8.3 150 0.25 510 2.15…2.2建立有限元模型2.2.1有限元模型的划分原则在实体几何模型的基础上应用msc.patran有限元分析软件对几何实体进行有限元模型划分。

航空相机反射镜支撑结构设计探讨

技术论坛TECHNOLOGY FORUM中国航班CHINA FLIGHTS 34摘要：本文以航空相机为研究主体，以反射镜所适用支撑结构为研究内容，在对航空相机进行介绍的基础上，从反射镜、支撑结构及主次镜连接等方面，分别提出了切实可行的设计方案，希望能够给人以积极影响，通过减小面形误差的方式，使航空相机被赋予价值得到应有实现。

关键词：反射镜；航空相机；支撑结构相机光学系统由折反、折射组成，其中，折反系统拥有相对简单的结构，可经由折转光路的方式，减小系统质量和体积，折射系统的优势则是成像品质较高，但是，玻璃光学特性给系统实现带来了较大影响，例如，均匀性、折射稳定性，如何使现存问题得到解决，为航空相机的应用提供便利，自然成为研究重点。

1航空相机概述机载光电平台所对应有效载荷中，最具代表性的为航空相机，恶劣且严苛的工作环境，电磁、振动等影响的存在，均使航空相机面临着严峻考验，要想使其拥有理想的成像水平和质量，关键是对结构设计工作引起重视，增强光学元件所对应面形与定位精度。

由于折射光学系统往往对小口径透镜加以运用，对镜片面形所提出要求也较为宽松，因此，有关人员只需利用压圈对镜片进行压紧，就可使其正常运行，但是，反射镜各部分所对应膨胀系统，通常有较为明显的差异存在，若对传统方法进行沿用，较易导致热变形的情况出现，进而给成像质量带来影响。

这就要求有关人员，在设计支撑结构时，对外界温度引起重视，尽量避免温度变化导致反射镜受到影响的情况出现。

2支撑结构设计2.1相机反射镜结合现有技术可知，反射镜应满足如下要求：导热率高、比刚度大、稳定性与匹配性良好。

卡塞格林主镜满足凹球面镜特征，在设计支撑结构时，有关人员应对以下参数加以明确：其一，中心通口为80毫米；其二，镜片厚度为45毫米；其三，口径为300毫米；其四，曲率半径为580毫米[1]。

主镜背面有凸台存在，通过胶粘的方式，被固定在支撑法兰上，制作反射镜的主要材料为碳化硅，旨在为光学元件所表现出质量和性能提供保证。

空间光学遥感器主反射镜支撑结构综述

空间光学遥感器主反射镜支撑结构综述李宗轩1，2（1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春吉林 1300312.中国科学院研究生院，北京,100039）摘要：空间光学遥感器正向着高地面分辨率，宽覆盖面积，高光谱分辨率和宽光谱带宽的方向发展。

光学系统的主反射镜是整个系统至关重要的环节，直接影响成像质量。

现代的高分辨率空间相机其主反射镜直径一般大于500mm，对自重、空间力学环境和温度影响更加敏感。

其支撑结构的设计就尤为重要。

文章简要分析了主反射镜支撑系统的特殊技术要求，针对这些要求，介绍了几种国内外主镜的支撑结构形式，并讨论了支撑结构设计设计中要注意的几个问题。

最后介绍了空间光学遥感器主镜支撑技术的几个发展方向。

关键词：空间光学遥感器；主反射镜；支撑结构；热补偿1 引言现代空间光学遥感器地面覆盖面积越来越大，地面分辨率越来越高，长焦距、大视场、和大通光口径已经成为其发展的必然趋势。

随着遥感器口径的增大，尤其是光学系统尺寸的增大，带来了许多技术问题，主要表现为空间遥感器的精度、稳定性以及质量等与其应用需求之间的矛盾。

反射镜是反射式光学系统的关键部件，其面形精度要求非常高，通常面形误差要求在可见光波长量级及以上，不超过100nm。

反射镜支撑系统直接影响着反射镜保持面形精度的能力，其成为大口径反射镜工程应用中的最关键技术之一。

随着光学系统主反射镜直径的不断增大，使得反射镜面形受自重力和温度梯度的影响尤为突出。

为了更好地满足大口径光学系统的高性能要求，必须对其主反射镜其进行轻量化设计，以减轻自重变形的影响。

主镜在轻量化以后，随着轻量化率的增加，虽然比刚度在提高，但其结构绝对刚度却在下降，因此镜面对支撑应力的敏感度也在迅速增大。

同时，空间环境温度的改变也易通过支撑结构引起反射镜的面形变化。

进入空间近地轨道以后，在地面已达到工程使用要求的主镜由于自重的消失和复杂的外界温度的变化，镜面面形也易发生变化，偏离设计和加工的要求，直接影响空间相机的成像质量。

采用三点定位原理的反射镜支撑结构设计_崔永鹏

２．３定位点设计依据３设计了３个柔性铰链结构实现三点定位，在不过约束的前２１定位方式的三点定位约束形式，－－并可通过高精度修研实现微应力装配。其中，锥窝点柔性铰链限制三个方向的平移提下实现反射镜支撑，（；自身可实现三个方向微量的转角运动）自身可实现３个方向微量Ｖ型槽柔性铰链限制两个旋转自由度（；的转动及１个方向微量的平移）平点柔性铰链限制一个旋转自由度（自身可实现３个方向微量的转动及。２个方向微量的平移）柔性铰链结构如图６所示。

２三点定位原理转化及支撑结构设计
２．１三点布局采用３点周边支撑的结构形式，柔头依据三点定位原理的约束形式设计，均匀分布在反射镜周边的反射镜３个支撑点连接孔的中心线在反射镜中心点处相交，三个柔头的对外连接面在反射镜的周３点上，边外侧，可直接与相机机身连接。如图４所示。２．２反射镜结构其采用敞开式三角形孔轻量化形式，轻量化筋的布局方向与４００ｍｍ口径的ＳｉＣ反射镜如图５所示，。反射镜厚度为４质量为６．支撑点之间的连线方向相同，５ｍｍ，６ｋｇ由于采用周边三点的支撑结构，所以对反射镜自身的刚度要求较高。通过计算和分析，轻量化孔的边长为５加大轻量化孔会使反射镜刚度下降，反射镜受重力和温度影响时面型０ｍｍ时可以满足使用要求，
引言
柔性机构以体积小、无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高等优点得到越来越广泛的应用，在许多任务中
收稿日期：２０１２０４２５－－，作者简介：崔永鹏（男，河北省迁安人，硕士研究生，主要从事机械设计、机械制造等方面的研究。１９８１－）

大口径主反射镜支撑结构设计

第３７卷第ｌ２期
２１年１００２月
光电工程
ＯｐｏＥｌｃｒｎｉｇｎｅｉｇｔ — ｅｔｏｃＥｎｉｅｒｎ
、ｌ７Ｎｏ１，－。．２ｏ３
Ｄｅ．ｃ２０１０
文章编号：１０ — ０Ｘ２１）２００ — ５０３５１（００１ — ０１０
面形精度满足要求而在温变载荷作用下面形精度严重超差的问题。利用有限元分析软件进行了主镜组件的静、动态刚度及热尺寸稳定性分析，并在分析的基础上对支撑结构中的柔性环节结构参数进行修正，在保证支撑刚度的
同时降低了重力、装配应力和热应力对面形精度的影响。分析和试验结果表明，主镜在重力和４Ｃ均匀温升载荷＂
下面形精度达到Ｐ＜／０ＭＳ２５（＝３．ｎ，主镜组件一阶固有频率为１６，动力学环境下最大应力６ＶＡ１，Ｒ＜／０Ａ６２８ｍ）１Ｈｚ５
ＭＰ，各项指标完全满足光学系统对主反射镜的设计要求。ａ关键词：空间相机；主镜；支撑结构；柔性铰链；有限元分析
ＧＵＡｉｇｊｎ，ＸＩｎ－ｉＮＹｎ－。ｕＮＨｏｇｗｅｚ
（．ｃｏｌｆｃａｒｎｃｎｉｅｒｇＣａｇｈｎＵｉｒｉｅｈｏｏｙＣａｇｈｎｌ０１，ｈｎ；１ＳｈｏＭｅｈｔｉＥｇｎｅｉ，ｈｎｃｕｎｖｓｙｏｃｎｌ，ｈｎｃｕ３０２ＣｉａｏｏｎｅｔｆＴｇ２ＣａｇｈｎＩｓｉｔｆＯｔｓＦｉＭｅｈｎｃａｄＰｙｉ，ｈｅｅｃｄｍｆＳｉｃ，ｈｎｃｕ３０３Ｃｉａ．ｈｎｃｕｎｔｕｔｅｏｐｉ，ｎｃｅｃａｉｎｈｓｓＣｉｓＡａｅｙｏｃｎｅＣａｇｈｎ１０３，ｈｎｓｃｎｅ

大口径光学遥感器主反射镜支撑设计

ｍｉｒｒｈｕｐｓｎｕｆｃｒｃｓｏｆｐｉｒｒｏｓｒａｉｅｙｕｉｇｌｔｒｌｓｐｏｔｓｒｃｕｅｒｏ，ｔｅｓｐｏｉｇｓｒａｅｐｅｉｉｎｏｒｍａｍｉｒｒｉｅｌｄｂｓｎａｅａｕｐｒｔｕｔｒ．ｙｚ
ａｄｄｓｒｂｔｎａｅａｓｎｌｚｄａｄｏｔｚｄｕｉｇｆｎｔｌｍｅｔｍｅｈｄｎｉｔｕｉｒｌｏａａｙｅｎｐｉｅｓｎｉｅｅｎｔｏ．Ｃｏｉｉｇｔｅｃａａｔｒｓｉｓｏａｇｉｏｍｉｉｅｍｂｎｎｈｈｒｃｅｔｃｆｌｒｅｉ
结合大口径反射镜的特点加入侧面辅助支撑，得到了理想的面形精度。关键词：大口径主反射镜；组合支撑；工程分析中图分类号：Ｔ７３Ｈ０．３文献标识码：Ａ
ＤＯＩ１．７８０ＭＥＩ２１２００６：０３８／００７５．０１
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｓｔｅｋｙｃｍｐｎｎｆｏｔｃｌｒｍｏｅｓｎｏ，ｔｅｓｒａｅｐｅｉｉｎｏｒｍａｙｍｉｒｒｉａｔｍａｉｇｈｅｏｏｅｔｏｐｉａｅｔｅｓｒｈｕｆｃｒｃｓｏｆｐｉｒｒｏｍｐｃｓｉｇｎｑａｉｙｄｒｃｌ，ａｄｔｅｄｓｇｆｉｕｐｒｓｒｃｕｅｉｔｅｋｙｔｃｎｌｇｆｏｉａｅｔｅｓｒｕｌｉｅｔｔｙｎｈｅｉｎｏｔｓｐｏｔｔｔｒｓｈｅｅｈｏｏｙｏｐｔｌｒｍｏｅｓｎｏ．Ｔｈｕｐｒｓｕｃｅｓｐｏｔｓｒｃｕｅｏｒｍａｒｏｔａｇｐｒｕｅｉｅｅｒｈｄｎｔｉａｅ．Ｎｕｅｆｓｐｏｔｐｉｔｎｔｏａｔｔｒｆｐｉｒｍｉｒｒｗｉｈｌｒｅａｅｔｒｓｒｓａｃｅｉｈｓｐｐｒｕｙｍｂｒｏｕｐｒｏｎｓａｄｉｌｃ — ｓ

大口径反射镜及其支撑结构设计

Ｖ０．ｏ１３３Ｎ．２
ＡＤ．１２ｒ２Ｏ
大口径反射镜及其支撑结构设国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春中１０３）３０３
摘要：出了一种采用柔性支撑的大口径反射镜组件进行遥感器地面检测的装置。通过有提限元分析对反射镜的支撑结构、状尺寸、量化孔的形状、形轻尺寸及分布位置进行计算，到了得
一
种合理可行的支撑结构。在该支撑结构下面形精度达到，４（￣０一６２８ｎ，／３．ｍ）满足遥感器
地面检测的精度要求。关键词：射镜；轻量化；化硅；限元法反碳有中图分类号：Ｎ２６Ｔ１文献标志码：Ａ文章编号：１７ —３４２１）２０２ —５６４１７（０２０ — １５０
ｔｅｌｇｈｗｅｇｈｈｏｅｎｄｈｉｔｉｔｌａｗｅｇｄｉｔｉｔｏａｅａｃｌｔｄｏｂｔｉｔｆａｉｌａｄｅｓｎａｅｉｈｔｓｒｂｕｉｎｒｃｌｕａｅｔｏａｎｈｅｅｓｂｅｎｒａｏｂｌ
反射镜组件的静、态刚度及热尺寸稳定性分析，动
并在分析的基础上对支撑结构中的柔性环节结构
收稿日期：２１－２２０１ｌ—８
基金项目：国家８３计划基金资助项目（６ ————３）６８３２５１１Ｂ作者简介：张军（９２）男，族，林长春人，１６一，汉吉中国科学院长春光学精密机械与物理研究所副研究员，要从事空间光学机械主方向研究， — ｉ：ｃａｍｈ１３ｃｒ．Ｅｍａｃｇｏ＠６．ｏｌｎ

空间相机反射镜支撑结构的设计与分析

（．ｈｎｃｕＩｓｉｔｏＯｔｓＦｎＭｅｈｎｃａｄｈｓｓＣｉｓＡａｅｙｏＳｉｃｓＣａｇｈｎ１０３，１Ｃａｇｈｎｎｔｕｅｔｆｐｉ，ｉｃｅｃａｉｎＰｙｉ，ｈｎｅｃｄｍｆｃｅｅ，ｈｎｃｕ３０３ｓｃｅｎ２ＧａｕｔＳｈｏｏｈｈｎｓＡａｅＳｉｃｓＢｉｎ００９．ｒｄａｅｃｏｌｆｔｅｉｅｃｄｍｏｃｎｅ，ｅｉ１０３）Ｃｅｙｆｅｊｇ
的结构进行了模态分析和在预示栽荷作用下的频率响应分析和准静态分析，结果表明，该方案完全能够满足整个结
构的刚度和强度设计要求，从而为空间相机的设计提供了有利依据，同样为其他空间相机反射镜支撑的设计提供了
参考。
关键词：反射镜；支撑结构；有限元分析；面形误差中图分类号：Ｐ３２７文献标识码：Ａ文章编号：１７６２—９７（０８１０５—０８０２０）Ｏ —０４４
ｓｆｅｓｆｅｍｏｉｅｒｃｕｅｗｅｅｖｌａｅｔｏｍａｍｏｅ，ｉｔｎｓｔｄｆｄｓｕｔｒｒａｉｔｄｗｉｎｒｌｄｓ￣ｅｕｃｓｏｓｄｌｅｒｓｔａｙｉｕｄｒｅｏｈｉｔｄｈｑｅｙｒｐｎｅａｎａａｉａｌｓｓｎｅｎｉｔｃｎｅｎｈｔｉｄｃｔｇｌａｓＴｅｒｓｌｈｗａａｉｆｄｔｅｒｑｉｅｎ，ａｄｐｏｉｅｘｅｌｎｖｄｎｅｆｒｔｅｓａｅｃｍｅａｎｉａｉｏｄ．ｈｅｕｔｓｏｔｔｔｔｓｅｕｒｍｅｔｎｒｖｄｄｅｃｌｔｉｅｃｐｃａｒｎｓｈｉｓｉｈｅｓｅｅｏｈ

非球面主反射镜检测用支撑结构的优化设计

非球面主反射镜检测用支撑结构的优化设
计
随着科技的不断发展，非球面主反射镜在光学领域中的应用越来越广泛。

在非球面主反射镜的制造过程中，支撑结构的设计是非常重要的一环。

优化设计支撑结构可以提高非球面主反射镜的精度和稳定性，从而提高其检测的准确性和可靠性。

支撑结构的材料选择非常重要。

一般来说，支撑结构应该具有高强度、高刚度、低热膨胀系数和低温度敏感性等特点。

常用的材料有陶瓷、石英、铝合金等。

在选择材料时，需要考虑到非球面主反射镜的使用环境和要求，以及材料的成本和可加工性等因素。

支撑结构的形状和布局也是影响非球面主反射镜精度和稳定性的重要因素。

一般来说，支撑结构应该尽可能地减少对非球面主反射镜的影响，同时保证足够的支撑力和刚度。

常用的支撑结构形式有三点支撑、四点支撑、六点支撑等。

在选择支撑结构形式时，需要考虑到非球面主反射镜的形状和大小，以及检测的要求和精度等因素。

支撑结构的加工和安装也是非常重要的。

支撑结构的加工精度和安装精度直接影响到非球面主反射镜的精度和稳定性。

在加工和安装过程中，需要严格按照设计要求进行操作，避免出现误差和偏差。

优化设计非球面主反射镜检测用支撑结构是非常重要的。

通过选择合适的材料、形状和布局，以及严格的加工和安装，可以提高非球
面主反射镜的精度和稳定性，从而提高其检测的准确性和可靠性。

m口径主动球面望远镜反射面支撑结构分析

二、技术原理
500米口径球面射电望远镜工程涉及到多种技术原理，包括光学、电磁学等。在光学方面，望远镜需要使用反射镜面将射电波反射聚集到一起，以便进行观测和研究。此外，望远镜还需要具备极高的灵敏度和分辨率，以便能够观测到远距离的天体。在电磁学方面，望远镜需要具备极宽的频带和极高的接收机性能，以便能够捕捉到各种频率的射电波。
总之，中国天眼500米口径球面射电望远镜是中国科技事业的重要成果，为推动全球天文学的发展做出了积极贡献。
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四、主要材料与制造工艺
在500m口径主动球面望远镜反射面支撑结构中，主要使用了高强度钢材和铝合金作为制造材料。其中，钢材用于构建支撑结构的主梁和加强件，以增加整体结构的强度；而铝合金则用于制造较轻的面板和其他部件，以减轻整个结构的重量。在制造过程中，采取了先进的焊接工艺和机械加工方法，以确保支撑结构的高精度和高质量。此外，一些关键部件还采用了特种材料和复合材料，以提高支撑结构的性能和稳定性。
总之，500米口径球面射电望远镜工程是人类探索宇宙的重要工具之一。通过这项工程，人类可以更加深入地了解宇宙的奥秘和演化历程，发现更多的天文现象和天体物质。这项工程也体现了人类对于未知世界的探索精神和科技创新的能力，为人类未来的科学发展奠定了坚实的基础。
参考内容二
中国天眼500米口径球面射电望远镜
2、利用材料的高性能：选择具有优良力学性能和稳定性的材料，如高强度钢和铝合金，以提高支撑结构的强度和稳定性。
参考内容
500米口径球面射电望远镜工程：探索宇宙的巨型眼
随着科技的快速发展，人类对宇宙的探索进入了一个全新的阶段。在这个过程中，500米口径球面射电望远镜工程成为了人类观察宇宙的重要工具之一。本次演示将从背景介绍、技术原理和工程实践三个方向出发，详细介绍这项伟大的工程。

大长细比反射镜侧面支撑结构设计与分析

ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｗｉｄｅｉｆｅｌｄｏｆｖｉｅｗａｎｄｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＴＭＡｃａｍｅｒａｉｎｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｍａｇ — ｉｎｇａｒｅａ，ｄｅｓｉｇｎｏｆｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｏｒｌａｒｇｅａｐｅｒｔｕｒｅｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｍｉｒｒｏｒｓｗｉｔｈｌａｒｇｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｂｅｃｏｍｅｓａ
ＬＵＯＴｉｎｇｙｕｎＺＨＡＮＧＦｅｎｇｑｉｎＦＡＮＢｉｎ
（ＢｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）
究和有限元分析相结合的方法设计了一种侧面柔性支撑结构。分析结果表明，反射镜组件一阶频率达到１１４．９Ｈｚ，在重力和２ ℃温变耦合下综合面形变化均方根值只有４．９ｎｍ，工艺件的力学振动试验结果和仿真分析基本吻合，反射镜支撑结构设计合理，满足空间应用要求。关键词大长细比柔性支撑有限元分析力学试验中图分类号：Ｖ４７５．３文献标志码：Ａ文章编号：１００９．８５１８（２０１３）０４．００６６．０５

空间长条形反射镜背部三支撑点的设置

空间长条形反射镜背部三支撑点的设置空间长条形反射镜是一种常用的光学元件，用于反射光线。

其背部三支撑点的设置对于反射镜的稳定性和使用效果都起到重要的作用。

下面将详细介绍空间长条形反射镜背部三支撑点的选择与布置。

首先，选择合适的支撑点位置是确保空间长条形反射镜稳定的关键。

支撑点应该均匀分布在反射镜背部，以提供平衡的支撑力。

通常情况下，我们选择将三支撑点设置在反射镜的顶部、底部和中间位置，以形成一个稳定的三点支撑结构。

其次，每个支撑点的材质和形状也需要慎重选择。

首先考虑的是支撑点的材质，应具备足够的硬度和耐磨性，以确保反射镜长期使用不会损坏。

常用的材料包括金属、塑料或陶瓷等。

其次，支撑点的形状应该适合反射镜的背部曲率，以提供最适合的支撑面积。

常用的形状包括球形、圆柱形或锥形等。

然后，支撑点的固定方式也需要细心考虑。

支撑点与反射镜之间的固定方式应该坚固可靠，以防止在使用过程中出现松动或脱落的情况。

常用的固定方式包括螺丝固定、胶粘剂固定或焊接固定等。

需要注意的是，在固定过程中应避免对反射镜造成额外的损伤或应力。

最后，为了进一步增强反射镜的稳定性和使用寿命，可以考虑添加隔振结构。

隔振结构可以抑制外界振动和冲击对反射镜的影响，提高反射镜的抗干扰能力和使用稳定性。

常用的隔振结构包括吸震垫、弹簧支撑或液体阻尼等。

综上所述，空间长条形反射镜背部三支撑点的设置对于反射镜的稳定性和使用效果至关重要。

选择合适的支撑点位置、材质和形状，并采用适当的固定方式和添加隔振结构，可以有效地提高反射镜的使用寿命和性能稳定性。

在实际应用中，我们应该根据具体的需求和环境条件来设计和选择合适的支撑方案，以获得最佳的使用效果。

空间光学遥感器反射镜柔性支撑的设计

中图分类号：４．；Ｖ４３５ＴＨ７３０
文献标识码：Ａ
ｄｉ１．７８．８３
Ｄｅｉｎｏｌｘｂｅｓｐｒｔｕｔｒｆｒｆｅｔｒｉｐｃｅｏｅｓｎｏｓｇｆｆｅｉｌｕｐｏｔｓｒｃｕｅｏｅｌｃｏｎｓａｅｒｍｔｅｓｒ
空间光学遥感器反射镜柔性支撑的设计
王忠素，岩，贵，帆，翟梅江程志峰
（．１中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１０３；３０３２中国科学院研究生院，．北京１０３）００９
的力热模拟件进行力学试验，到的结果显示其３个方向的基频分别达到２４Ｈｚ２０Ｈｚ３０Ｈｚ得６，９和２。这些结果表明，该柔性支撑结构设计方案是合理可行的。
关键词：间遥感器；射镜；空反柔性支撑；化设计优
摘要：降低光学遥感器反射镜在复杂且恶劣的空间环境下的面形误差，计了一种柔性支撑结构，反射镜在具有良为设使
好的热尺寸稳定性的同时结构刚度满足力学要求。针对某长圆形光学反射镜组件，过设置柔性铰链的厚度、薄处厚通最度和柔性铰链圆弧半径３个特征参数，柔性铰链进行合理的结构设计。采用有限元法对反射镜组件在力热耦合状态对

空间相机反射镜支撑结构的设计与分析_林利明

变量为 3mm 时的结构方案能够满足反射镜的面形精度要求。同时为了校核这个结构的强度和刚度，对为 3mm 时
的结构进行了模态分析和在预示载荷作用下的频率响应分析和准静态分析，结果表明，该方案完全能够满足整个结
构的刚度和强度设计要求，从而为空间相机的设计提供了有利依据，同样为其他空间相机反射镜支撑的设计提供了
随着空间科学技术的迅猛发展，用户对空间相机的观测分辨力和成像质量提出了越来越高的要求。在反射式空间相机中，反射镜是必不可少的关键部件之一，其在轨工作状态下的面形精度直接决定了系统的最终成像质量，因此在设计过程中改进反射镜支撑结构柔性环节的参数尺寸，使面型误差达到设计要求具有重要的实际意义。
图 2 热惯共同作用下的变形 Fig.2 distortion under loads
另外还对只承受热载荷和只承受惯性载荷的组件进行了分析，并对数据结果进行处理后得反射镜的面形误差见表 1。从表中可以看出在热载荷和惯性载荷共同作用下的反射镜值和值均不满足光学系统的设计要求，因此需要对反射镜的支撑结构方案进行修改。
设计要求
一阶频率小于 70Hz
3 结构刚度和强度校核
当值等于 3mm 时反射镜的面形误差均满足要求，但可以预见在支杆处增加柔性环节后，整个结构的刚度和强度会有下降的趋势，而只有在刚度和强度都满足设计要求的情况下，上面的结构修改才有意义，因此必须对结构进行刚度和强度校核。对于此相机整机和各组件的设计要求分别如下：
46
长春理工大学学报（自然科学版）
真分析方法，对完成初步设计的某空间可见光相机反射镜组件支撑结构进行柔性设计，并对三种尺寸的柔性结构进行面形误差分析，从而取得了满足面形精度的较佳尺寸，然后通过模态分析、频率响应分析和准静态分析验证了它同样符合刚度和强度要求。

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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ＰＶ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
３０ｍ降低到３ｎ说３ｎｌｍ，
明结构柔性显著增强，
度计算如图４所示。
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４Ｖ３ｒ遥２ｉ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ｑ８ｍ５０ｍ，球半径为反射镜面形Ｐ５值在３ｎ５ｍ，热工况下反射镜面形ＰＶ值２９ｍ厚度为６ｒｍ，料为ＳＣ９０ｍ，５ａ材ｉ。整体采用背部支撑在３０ｍ。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
［］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，９９６７：３２．１９．（）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，０２２（）１－８２０，３１：１１．
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
图，由图可知，在重力工况下镜面面形ＰＶ值为４ｎ在６ｍ，温升工况下镜面面形ＰＶ值为３ｒ。１ｍ由此可见，ｉ增加了连
６ｉ８机械工程师２０年第３０９期
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，０１２０．
１Ｊａｈｊ．ｃｉｖｍｅｔｎｒｓｅｔｆａｅｌｅＲｍｏｅＳｎｉｇＪｉｏＳｉＡｈｅｅｎｄＰｏｐｃｏｔｌｔｅｔｅｓ２ｕａＳｉｎ
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
１９１９．
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，０３１２０，１
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（。００－鬟锻７ｌ≯ １章）－７献Ａ０毖００。０９３Ｉ喾 ≯性标｜毒ｌＩ’３２。０２扣分号，柔文 ■ｊ号１２３Ｃ６图类：堙码：莲１ｌ文２
以全约束，加１的重力载荷施ｇ
【２ＡａｏＭＩｌｓｅｎＲＲＳｌｏａｂｄｉｈｅｅｃｐｓｏＩｊｎｐｌ，Ｇａｈｅ．ｉｃｎｃｒｉｅｌｔｔｌｓｏｅｒｉｇｆ
ｓａｅｐｌａｏ］ＰＥ１９，ｏ１０：ｌ７ｐｃｐｉｔｎｌ／Ｉ，９３Ｖ１８１５－．ａｃｉＣ／Ｓ．５［３ａｇｅＣＲＲｍｃａｄａ．ｎｖｒｅｅｐｃｈｔｅ１］ＢｕｈｒａａｈｎｒｎＡｅｉｏｔａｅｕｌＮＯｖｗｆＳｈＳｔ
（）８ — ４１：９９．
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，００２８：７ — ８．２０，（）１８１０反射镜材料采用ＳＣ１１［］宋朝晖，ｉ［２１］－，１１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，９９６７：６６．１９，（）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
Ｔｃｎｌｇｈｎｌ／ＰＥ，９８Ｖ１５５２ — ０ｅｈｏｏｙｉＣｉａｊＳＩ１９，ｏ．０：６３．ｎＣ／３
［］牛晓明．Ａ３ＣＥ技术在空间相机光机结构设计中的应用［ＪＪ．光学
精密工程，９９６７：３２．１９，（）２ — ９
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。６ｓＭ）：（＋２ｉ，Ｊ２ｆｎｄ１—ｓ２ｉＲｎａ
（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Ｒｍｅｇ值积分方法对上式进行积分，可得到的安全裕度，具有较高ｏｂｒ数
３所示。沿圆周１０２０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２ｉ
锥套件本身的强度和刚度，
机械工程师２０年第３６７０９期
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
制造业信总化
仿真，建骥ＩＡＤＣＡＣＡＩＡＰＣＩＭＩＥＣＰ
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３ｎ５ｍ破坏］因此，，分析提高了，
单个圆弧铰链参数提高到４ｎ说明结构６ｍ，
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（９１）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：ｏ８１一２２０ — ２ｏ
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］
［］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，０３２（）５２５７２０，９５：６ — 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，０７１（）３４３９２０，５３：８ — ８．
不同的Ｒ、值下柔性铰链的转角刚度ＫＭＯ，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
ＡｃｌｒｔｎＥｖｒｎｅｔＣｊＳ１１９，ｏ．２０９ — ０．ｃｅｅａｉｎｉｍｎｌ／ＰＥ，９４￣１２２：０１１ｏｏ／
（辑立编明）