空间反射镜柔性支撑设计与分析
某空间遥感器调焦反射镜的设计与分析
i t s s t r u c t u r e d e s i g n d i r e c t l y . Ba s e d o n a wi d e c o v e r c a me r a , t h e f o c u s mi r r o r h a s l o n g i f g u r e o f l e n  ̄h — b r e a d t h r a t i o 3 : 1 , wh i c h ma k e s t h e d e s i g n o f s u p p o r t i n g s t r u c t u r e mo r e d i ic f u l t . F o r i n s u r i n g t h e i ma g i n g q u a l i y t o f f o c u s mi ro r o p t i c a l
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 / 5 0 2 ,一阶模 态达到 2 7 5 Hz ,满足性能指 标要 求。 关键词 :反射镜 支撑;S i C ;柔性铰链 ;工程分析 中图分类号 :T H1 2 2 文献标志码 :A d o i :1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 3 . 5 0 1 X. 2 0 1 3 . 0 1 . 0 0 9
长条形空间反射镜及其支撑结构设计
*C 5 咒 u h r, - i :i l 0 4( c m 0 j 0 r8 g a t o E ma l lz 2 0 0 “. o
Ab t a t s r c :A l x b es p o ts r c u ewa r p s d t e p t e h g e u f c i u e a c r c fs a e fe i l u p r t u t r sp o o e o k e h i h rs r a e f r c u a y o p c g
第l卷 9
第 5 期
光 精 密 工 程 学
0p is a d Pr cso En n e ig t n e iin gi e
M av 2 011
21 0 1年 5月
文章编号
1 0 —2X( O 1O —0 90 0 49 4 2 1 ) 51 3—9
wa n lz d a diss r c u ewa p i z d A n l ssr s ls s o t a h is r e a u a r — sa ay e n t tu t r so tmie . ay i e ut h w h tt efrto d rn t r lfe
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。
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 2 1 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 4 0 0mm 口径的 S i C 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, 6k g 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 : 2 0 1 2 0 4 2 5 - - , 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 。 1 9 8 1 -)
Bipod反射镜支撑结构的柔度计算及分析
1 引 言
空间反射镜作为空间光学遥感器重要的组成 部件,其面形质 量 对 空 间 探 测 的 效 果 有 着 重 要 的 影响。恶劣的空间环境会导致反射镜面形精度降 低,因此能够隔 离 附 加 载 荷 的 反 射 镜 支 撑 技 术 越 来越受到重视。Bipod柔 性 支 撑 结 构 的 主 要 作 用 是有效定位反射 镜 以 及 卸 载 应 力;同 时 能 够 保 证 反射镜组件具有 良 好 的 动 态 特 性,以 降 低 外 界 环 境振动和冲击产生的影响。美国国家航空航天局 的ISIR[1]光 谱 仪、SNAP[2]望 远 镜 以 及 日 本 的 ASTROF[3]望远 镜 均 采 用 Bipod 柔 性 结 构 对 反 射镜进行支撑。
第 26卷
temperaturedifferenceof20 ℃,thevalueofthemirrorsurfaceaccuracyis0.8.Thevalidityofthe theoreticalmodelwasverified,thusprovingthatthebipodflexiblesupportstructurecanreducethe influenceoftemperaturefluctuationonamirrorsurface. 犓犲狔狑狅狉犱狊:flexturesupport;Bipod;reflector;surfaceaccuracy;flexibility
2.犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊,犅犲犻犼犻狀犵100049,犆犺犻狀犪) 犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉,犈犿犪犻犾:狑狕070611@126.犮狅犿
犃犫狊狋狉犪犮狋:A biaxial bipod flexible support structure was designed based on flexibility analysis parameteroptimizationtoimprovetheaccuracyofa mirrorsurfacesubjecttoambienttemperature fluctuations.First,theflexibilityofthemirrorsupportstructurewascalculatedandanalyzed,anda flexibilityformulaforthelegandmirrorassembly wasdeduced.Then,toensuretheaxialsupport stiffnessandunloadingabilityofthe mirror,asetofflexiblesupportstructuresizeparameters were calculatedwithadiameterof200 mm.Finally,theflexibilityformula,dynamiccharacteristics,and temperatureadaptabilityofthesupportstructurewereanalyzedandverifiedbyfiniteelementanalysis andvibrationtests.Theresultsshowthattheerrorbetweenthetheoreticalandfiniteelementanalysis valuesislessthan10% ,underacertainforce.Thefirstorderfrequencyofthecomponent,obtained bythevibrationtest,is358.5 Hz,andtherelativeerrorofthetheoreticalcalculationis8.9%.Ata
空间相机反射镜支撑结构的设计与分析
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 :P 3 27 文 献 标识 码 :A 文 章编 号 : 17 6 2—9 7 ( 0 8 1 0 5—0 8 0 2 0 )O —04 4
s f e s f emo i e r cu ewe ev l ae t o ma mo e , i t n s t df ds u t r r a i tdwi n r l d s  ̄e u c s o s d l e rs t ay i u d r e oh i t d h q e yr p n ea n a a i a l ss n e n i t cn e n h t i d c t g l a s T e r s l h w a aif d t er q ie n , a dp o i e x e ln v d n e frt e s a e c me a n iai o d . h e u t s o t t t ts e ur me t n r v d d e c l t ie c p c a r n s h is i h e s e e o h
空间光学遥感器反射镜柔性支撑的设计
中图 分 类 号 : 4 . ; V4 3 5 TH7 3 0
文献标 识码 : A
d i1 . 7 8. 8 3
De i n o l x b e s p r t u t r f r f e t r i p c e o e s n o sg f fe i l u po t s r c u e o e l c o n s a e r m t e s r
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 10 3 ; 30 3 2 中国科学院 研究生院, . 北京 10 3 ) 00 9
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 2 4 Hz 2 0 Hz 3 0Hz 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:
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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。
空间同轴反射式次镜支撑结构优化设计与实验验证
空间同轴反射式次镜支撑结构优化设计与实验验证一、引言空间望远镜是进行太空观测的重要工具,对于研究行星、恒星以及宇宙背景辐射等都有重要的意义。
而望远镜的次镜作为望远系统的重要组成部分,其支撑结构的设计和优化直接影响望远镜的性能。
本文旨在对空间同轴反射式次镜的支撑结构进行优化设计,并通过实验验证其优化效果。
二、支撑结构设计要求1.刚度要求:支撑结构需要具有足够的刚度,以保证次镜在工作状态下形变较小,从而减小像差。
2.响应频率要求:支撑结构需要具有足够高的响应频率,以避免在运载火箭发射或者宇航器变轨等振动环境下产生共振现象,从而影响观测结果。
3.轻量化要求:支撑结构需要具有尽可能小的质量,以减小整个望远镜的重量,从而减小发射成本。
三、支撑结构优化设计1.结构选择:根据要求,选择了由支撑环和支撑杆组成的支撑结构。
支撑环用于连接次镜和支撑杆,支撑杆用于支撑次镜并传递载荷。
2.材料选择:选择高强度、低密度的材料,如碳纤维复合材料,以满足轻量化要求。
3.结构优化:通过有限元分析等方法对支撑结构进行优化设计,以提高刚度和响应频率。
优化的参数包括支撑环和支撑杆的几何尺寸、数量和布局等。
通过多次迭代优化,找到最佳的支撑结构设计方案。
四、实验验证1.制造支撑结构样件:根据优化设计方案,制造出支撑结构的样件,包括支撑环和支撑杆。
使用先进的制造技术,如3D打印或复合材料制造等,确保样件的精度和质量。
2.实验测试:在实验室中对支撑结构样件进行静态和动态测试。
静态测试主要包括载荷试验,通过施加不同的载荷,检查支撑结构的刚度和形变情况;动态测试主要包括模态分析,通过施加激励,测量支撑结构的响应频率。
3.数据分析和验证:根据实验数据进行分析,与优化设计结果进行比对,验证支撑结构的优化效果。
如果实验结果与设计结果相符,则说明优化设计是合理有效的;如果实验结果与设计结果有差距,则需要对设计方案进行调整。
五、总结与展望本文对空间同轴反射式次镜的支撑结构进行了优化设计,并通过实验验证了其优化效果。
空间稳像系统摆镜的柔性支撑设计与分析
空间稳像系统摆镜的柔性支撑设计与分析王洪伟【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2016(46)4【摘要】为了让空间稳像系统在保证镜面精度的同时增加支撑强度,根据柔性支撑的设计理念,用消应力槽法对镜体支撑架进行柔性设计,用胶体粘结的方式在镜体与支架之间建立柔性连接。
首次利用等效刚度法对平面型胶层进行精细有限元建模,推导了相应的等效刚度矩阵,并对装配后的镜面组件整体进行有限元建模和模态分析。
模态分析的一阶谐振频率仿真结果为704.24Hz,与实物的检测结果693.5Hz 相比只差了1.5%。
由此可见,消应力槽法和等效刚度胶层建模法有效地完成了摆镜组件的柔性设计分析,能为类似光学设计工程中的柔性支撑设计分析提供参考。
%To make space image stabilization system ensure the accuracy of the tip /tilt mirror and increase its support strength,a flexible support structure is designed using stress relief groove method,and a flexible connection between the mirror and its support is established using glue.The equivalent stiffness method is used to build fine finite element model for a planar -type layer.Meanwhile,equivalent stiffness matrix is deduced and calculated.The finite element model of tip /tilt mirror assembly is built,and then the modal analysis is done.The results show that the first resonance frequency is 704.24 paring with the 693.5 Hz of real experimental results,the error is only 1 .5%.This shows that the stress relief groove method and glue layer’s finite element modeling methodcan complete the design and a-nalysis of flexible tilt/tilt mirror effectively.Also it can provide a reference for similar optical projects in the flexible support design and analysis.【总页数】6页(P456-461)【作者】王洪伟【作者单位】中国人民武装警察部队工程大学,陕西西安 710086【正文语种】中文【中图分类】TH745【相关文献】1.基于人工神经网络的某空间反射镜柔性支撑结构优化设计与分析 [J], 王忠善;何欣;付亮亮;田富湘2.空间反射镜柔性支撑设计与分析 [J], 杨亮3.空间稳像系统摆镜的一种新型拓扑优化方法 [J], 王洪伟4.空间主反射镜轻量化及柔性支撑设计与分析 [J], 刘洋;杨洪波;刘勺斌;李延伟5.ASO-S/FMG稳像系统的柔性支撑摆镜设计与仿真 [J], 陈继喆;章海鹰;郑兆瑛;倪厚坤因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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形精度将直接决定 着整个系统 的地 面分 辨率等光 学 性能 。由于空 间光学遥感 在运载 、发射 阶段 的振 动 过载冲击等动力学环境 下 ,将产生应 力释放 ,影 响
反射镜面形精度 ,尤其是 在人轨后所处 的复杂热环
境下 ,温度 的变化将 使反射 镜镜 面面形 严重超差 ,
影响整个 系统的成像质量 。因此 ,在考虑反射镜料 选取 、结构 形式等方 面的同时 ,必须选择合 理的支 撑 方式 ,以保 证主反射镜在空 间力学和热环境 下保 持良好的稳定性 。
An lssa d ts e ut e n taet a h e il u p r t c u ei e s n b e ay i n e tr s lsd mo srt h ttef xb es p o sr tr Sr a o a l. l t u
K y r s e e tr f xb es p ot g f i l me t e wo d :r f co ; e i l u p r n ; nt ee n l l i i e
摘 要 : 反射镜 支撑结构在 空间力学和热环境下 良好的稳定性是保证反射镜 成像质量 的关键 。本文针对空
间光 学遥 感 器反 射 镜 设 计 了一 种 反射 镜 支撑 结 构 。 由于 刚性 支撑 结 构 不 能 满足 热环 境 下 的 面形 要 求 ,进 而设
计 了一种柔性 支撑 方案 。通过有限元模型分析 ,表明该 支撑结构力学以及热环境下均可 以保证反射满足面形
YANG i n La g
(hn cu I tu o ts Fn ca i d hs s C i sA ae yf c ne, hn cu 3 0 3 C i ) C ag h n n i to pi , i Meh c a P yi , hn e cd m oSi cs agh n 10 3 , hn s t ef c e n s n c e e C a
第 2 卷 第 1期 7 2
Vo. 7 No 1 1 2 .2
文章 编 号 :0 7 18 ( l)2 00 — 5 10 — 1oz o1- 14 0 o
空间反射镜柔性支撑设计 与பைடு நூலகம்析
杨 亮
( 中国科 学院 长春光 学精 密机械与物理研究所 ,吉林 长春 10 3 ) 30 3
第 2 卷 第 l 期 7 2
V0 .7 No 1 1 2 .2
1 引
言
环再通过 3 个螺钉与反射镜支撑框架连接 .最终通过
6 个螺钉将反射镜支撑框架与相机框架连接 。反射镜 整体结构如图 1 所示 。
支
反射镜是空 间光学 系统 的关键 部件之一 .其 面
,
.
n e s f ma i gq ai u or g lt n o e i l t cu eu d r h n i n n f o c n ema o s an s e d gn u l y d et e u ai f xb es u t r n e e e vr me t re a d t r l n t i t. oi t o l f r t o of h c r
本文针对外形 尺寸为 q 4 m的 小型空间遥感  ̄ 0m 2
图 1 反 射 镜 整 体 结 构
合 理 的材料选取可 以尽量减少 材料热特性不 匹
e vr n n ffr e a d t e ma o sr i t. s d o p c e t e s r u p r tu t r fa s a e o tc l n i me to oe n h r lc n tan s Ba e n a s a e r moe s n o,a s p o tsr cu e o p c pia o rfe tri e in d e co s d sg e .Re u t n iae ta oi u p r t cu e c ntme tt e d ma d f i gn u ly O a l s l i d c t h ts l s p o tsr t r a ’ s d u e h e n s o ma i g q ai ,S t l i l u p r tu tr sd sg e . h n t lme ta ay i h w ta e s ra e a c rc frf co este f xbe s p o tsr c u ei e in d T e f ieee n n lsss o h t h u f c c u a yo e e trme t h e i t l
Ab t c : i e s bl y i t e k y f c ro gn u l y t e o t a e e tro p c e t s n o n e e s r t F n t i t s h e a t fi i g q a i o t pi l f co fs a e rmoe e s ru d rt a a i o ma t h c rl h
要 求 .验 证 了该 方案 的合 理 性 。 关 键 词 :反射 镜 ; 柔性 支撑 ;有 限元 中图 分 类 号 : H 0 T 73 文 献 标 识 码 :A
DOI 1 3 8 / : 0.7 8 0MEI2 0 7 20 0 01 2 .1 4 1
De in a d An lss o lxbe Su p r S r c u e o f c o a e Re sg n ay i fFe il p o t tu t r fRe l t ri Sp c mo e Se s r e n t n o