环境对大口径SiC轻量化主镜视宁度的影响

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超轻量化SiC反射镜的制备及性能

超轻量化SiC反射镜的制备及性能董斌超;张舸【摘要】采用真空辅助凝胶注模和反应烧结法制备了面密度分别为9.35和11.7 kg/m2,直径分别为200和500mm的两块超轻量化SiC反射镜,检测了反射镜的主要性能.结果显示:由于在真空环境下浇注,坯体没有宏观缺陷.材料中细小SiC颗粒的存在使材料具有相对较高的抗弯强度(335 MPa)和断裂韧性(4.5 MPa· m1/2).此外,反射镜材料金相组织中未出现明显的SiC颗粒定向排列,具有较好的各向同性度:不同方向热膨胀系数差异小于3％,模量差异为1.3％.镜坯经过光学加工后面形误差(RMS值)为0.043λ(λ=632.8 nm),表面粗糙度(Ra值)优于5 nm.实验表明,真空辅助凝胶注模成型结合反应烧结工艺制备的超轻量化SiC反射镜各方面性能良好,适用于制备空间相机用反射镜.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)008【总页数】7页(P2185-2191)【关键词】光学制造;SiC;超轻量化反射镜;真空辅助凝胶注模;反应烧结【作者】董斌超;张舸【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TH7031 引言随着空间光学遥感系统分辨率的不断提高，光学系统的口径越来越大，其质量也随之增加，从而导致整个光学遥感系统的质量、复杂程度以及发射成本大幅度上升。

折返式或全反式光学系统的主要部件——主反射镜决定了光学系统的质量，因此主反射镜的超轻量化技术变得非常重要和有意义［1］。

SiC具有优异的力学性能、良好的热学和光学加工性能，是一种很有优势的空间反射镜材料［2－4］，目前超轻量化SiC反射镜已成为国内外研究和关注的热点。

美国Xinetics、SSG、POCO和德国IABG等单位已采用不同的工艺制备出几百毫米到米级的超轻量化SiC反射镜，面密度均小于25kg／m2，IABG所制备的SiC 反射镜面密度甚至达到了8kg／m2［5－6］。

1_2mSiC主镜轻量化设计与分析_王富国

第17卷　第1期2009年1月光学精密工程　Optics and P recisio n Engineering Vo l .17　N o .1　Jan .2009 收稿日期:2008-08-10;修订日期:2008-09-17. 基金项目:中国科学院三期创新基金资助项目文章编号　1004-924X (2009)01-0085-071.2m SiC 主镜轻量化设计与分析王富国1,2,杨洪波1,赵文兴1,杨　飞1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:为了探索研究大口径轻量化SiC 主镜的可行性,对比分析了各种主镜轻量化形式的优缺点,确定了主镜的支撑方式;然后,从理论上计算了轻量化镜体结构参数,设计了采用夹心三明治结构扇形轻量化孔形式的1.23m SiC 轻量化主镜。

利用有限元方法分析了轻量化主镜在浮动支撑下的自重变形,两种工况下的面形分别为:P V =9.43nm ,RM S =2.5nm ;PV =16.7nm ,RM S =3.2nm 。

分析结果表明,镜体的自重变形影响较小,可以满足要求。

而由于SiC 的热膨胀系数较大,热变形影响较大,在稳态温度场下,温度每相差1℃,镜面面形变化约为P V =40nm ,RM S =4.8nm ,说明为了达到了设计要求,必须对镜体采取热控措施。

关　键　词:望远镜;主镜;轻量化;有限元法中图分类号:T H75 文献标识码:ALightweight design and analysis of a 1.2m SiC primary mirrorWANG Fu -g uo1,2,YANG H ong -bo 1,ZH AO Wen -xing 1,YANG Fei1(1.Changchun Institute o f Optics ,Fine Mechanics and P hysics ,Chinese Academy of Sciences ,Changc hun 130033,China ;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100039,China )A bstract :In o rder to explore the feasibility of the large lightweight SiC primary mir ro r ,the different lightw eight fo rm s we re com pared and a supporting w ay for the prim ary mirror w as determined .A fter theoretically calculating the light w eighted structure parameters ,a sandwich structure SiC prim ary mirro r w ith secto r holes w as designed .With the finite elem ent metho d ,the self -weig ht deform ation fo r the lightweight m irro r upholded by a float support w as analyzed .Under the tw o different condi -tions ,the mirro r surface figures we re PV =9.43nm ,RM S =2.5nm and PV =16.7nm ,RM S =3.2nm ,respectively .The results indicated that the influence of the self -w eight deform ation is smaller w hile the the rm al defo rmatio n is larg er because of the large coefficient of therm al ex pansion of SiC .At steady -state temperature field ,when tem perature changes 1℃,the mirror surface figure chang es PV =40nm ,RMS =4.8nm .T hese results reported here sugg est that the thermal contro l must be applied to the mirro r .Key words :tele scope ;primary mir ror ;lightw eight ;finite element method1　引　言随着科学技术的发展,人们希望建造更大口径的望远镜,从而对望远镜的主镜提出了更高的要求,其材料的选取、支撑方式、是否轻量化等不但直接决定着望远镜的分辨率等性能,而且影响系统的力学特性、热稳定性、制造难度和成本等。

4m SiC主镜的轻量化及支撑技术

ＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎｄＳｕｐｐｏｒｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆａ４ｍＳｉＣＰｒｉｍａｒｙＭｉｒｒｏｒ
ＷＵＸｉａｏｘｉａ
（ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３）
支撑点的排布方式，并提出了将３６组轴向和侧向力促动器共同设置在主镜背面的力分散器上的支撑方案。通过建立轻量化主镜的有限元模型，计算出不同的俯仰角下主镜的重力变形和不同温度载荷下主镜的热变形情况。重力变形分析结果表明主镜光轴水平时，镜面最大变形误差ＲＭＳ仅为１４．７ｎｍ，满足设计指标要求；热变形分析预算出１ｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｕｐｐｏｒｔｐｏｉｎｔｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）．Ｔｈｅｓｕｐｐｏｔｒｓｙｓｔｅｍｏｆ
Ｖｏ１３６Ｎｏ．６Ｄｅｃ．２０１３
４ｍＳｉＣ主镜的轻量化及支撑技术
吴小霞天Ｊ、葭
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春１３００３３）
摘

大口径主镜轻量化结构参数的优化设计

第５卷
第３期
中国光学
ＣｈｎｓｉｅｅＯｐｔｓｉｃ
Ｖｏ．Ｎｏ．Ｉ５３
２１０２年６月
Ｊｎ０１ｕｅ２２
文章编号
１７ —９５２１）３０２－６４２１（０２０－２２７０
大口径主镜轻量化结构参数的优化设计
ＣｒｓｏｄｎｕｈｒＥｍｉ：ｏｇｈｎ２０＠ｓｈ．ｏｏｒｐｎｉａｔｏ， — ａｌｄｎｆｏｇ０２ｏａｃｍｅｇｉ
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ａｓｆｒｔｅｌｇｔｉｈｔｓｒｃｕｅｏａｇ — ｐｒｕｅｐｒｍａｙｍｉｒｒｉｒｍｏｅｅｓｒｔｉｐｒｏｈｉｈｗｅｇｔｕｔｒｆａｌｒｅａｅｔｒｉｒＦｏｎｅｔｓｎｏｓｈｓｐａｅ
ａｌｌｇｔｉｈｔｕｔｒｒｍａｅｓｆｒａ２ｍ—ｐｅｕｅＳＣｐｉｒｒｏ．Ｔｈａｉｙｅｃｂｅｍｅｈｄｉｅｌｉｈｗｅｇｔｓｒｃｕｅｐａａｔｒａｒｒｉｒｍａｙｍｉｒｒｏｔｅｌｔｎｈｐｒｕｔｏｓｕｓｄｔｕｌｈｉｉｇｍｏｅｎｏｔｅｅｐｒｍｅｔｌｄｓｇｆｏｔｍｉｅａａｔｒ，ａｄｔｎａｏｔｍａｏｕｉｎｏｂｉｄｔｅＫｒｇｎｄｌａｄｄｈｘｅｉｎａｅｉｎｏｐｉｚｄｐｒｍｅｅｓｎｈｅｐｉｌｓｌｔｏ
ｆｒｌｒｅａｅｔｒｒｍａｙｍｉｒｒｏａｇ－ｐｒｕｅｐｉｒｒｏ

Φ510mm SiC超轻量化反射镜的设计与有限元分析

ａｏａｉｔｔｒｔｔｕｃｕｅｓｃｍｐｒｎｇｗｉｈｏｈｅｗｏｓｒｔｒｓｗｈｅｈｅｏｉａｘｉｓｐｏｎｅｏｔｅｚｎｔｎｔｐｔｃ１ａｓｉｉｔｄｔｈｅｉｈ．Ｆｕｒｈｅｍｏｅ。ｔｒｒ
第２Ｏ卷
第８期
光学精密工程
０ｐｔｃｎｄＰｒｃｓｏｉｓａｅｉｉｎＥｎｇｎｅｒｎｉｅｉｇ
Ｖｏ１２ＯＮｏ．．８
Ａｕｇ０１．２２
２１０２年８月
文章编号１０ — ２Ｘ（０２０ — ７８００４９４２１）８１１－７
ｔｒａａｔｒ．Ｉｓｓｗｎｔａｎｔａｐｎｕｏｔｎｇｎｍｉｒｒｂｃｕｅｐｒｍｅｅｓｔｉｈｏｈｔｉｈｅｓｍｅ６ｏｉｔｓｐｐｒｉｓｏｒｏａｋｓ，ｔｓｕｌｒ —ｉｈｔｈｉｔａｌｇ —
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｏｅｅｏ０５０ｄｖｌｐａ１ｍｍＳｉＣｕｌｒ —ｉｈｔｉｈｔｔａｌｇｗｅｇｍｉｒｒ，ｔｓｒｏｈｉｐａｒｒｏｅａｕｔａｌｇ — ｐｅｐｏｐｓｓｎｌｒ —ｉｈｔ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｗｅｇｔｓｒｃｕｅｗｉｈａｓｃｉｎｉｈｐｆｒ，ａｔｒａｔｕｔｒｎｒｇｌｒｔｉｎｌ，ａｄａｆｃｌｔｉｈｔｕｔｒｔｅｔｏｎｓｉｏｍｎｉｅｎｌｒｃｕｅｉｅｕａ —ｒａｇｅｎａｅｐａｅｎｓ

1.2m轻量化SiC主镜支撑系统优化设计

Ｄｅｉｎａｄｏｔｍｉａｉｎｏｕｐｒｉｙｔｍｏｓｇｎｐｉｚｔｏｆｓｐｏｔｎｇｓｓｅｆｒ
１２ｍｉｈｔｉｈｉｐｉａｙｍｒｃｔａｔ：Ａｅｉｎｂｓｄｏ２ｄｓｇａｅｎ１．ｍｉｈｗｅｇｔＳＣｒｍａｙｍｉｒｒｉｒｓｎｔｄ．ＡｎｐｉｔＷｈｆｌ —ｒｅｌｇｔｉｈｉｐｉｒｒｏｓｐｅｅｅ１８ｏｎｉｅｔｅｓｒｃｕｅａｄａｐｅｓｒａｒｓｄｆｒｔｅａｉｌｓｐｏ，ａｄａＦｒｍｅｆｅｕｅｍｅｈｎｉｍｎａｇｎｔｔｕｔｒｎｒｓｕｅｂｒａｅｕｅｏｈｘａｕｐｒｔｎｎＡ— ａｘｒｃａｓａｄａｔｎｅｌ
ｐｅ，ａｈｄａｔｇｓａｅｇｖｎ．ＴｈａａｔｒｆｍｅｈｎｓａｅａａｙｅｎｄｏｔｍｉｅｙｔｎｔｅｌｎｄｔｅａｖｎａｅｒｉｅｅｐｒｍｅｅｓｏｃａｉｍｒｎｌｚｄａｐｉｚｄｂｈｅＦｉｉＥｌ — ｅ
邵亮杨飞，，王富国，吴小霞
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１０３３３）０
摘要：针对１２ｍ轻量化ＳＣ主镜，出了轴向支撑采用１．ｉ提８点Ｗｈｆｅｔｅ构结合压杆结构，向支撑采用ＡＦａｅ柔ｉｌｒ结ｆ —ｅ侧 —ｒｍ性机构结合切向支撑机构的支撑方案。从原理上对该主镜支撑方案进行了分析，说明了采用以上两种结构的优点；通过有限元方法对各个机构参数进行了分析、优化，并对整体结构进行了静力学以及热学仿真。实验显示：在参考温度下主镜面形精度（ＭＳ值为３５ｎ温差达到４Ｒ）．ｍ；０℃时，ＭＳ值为１．ｍ。该设计方案满足了１２ｎ轻量化ＳＣ主镜的支Ｒ１１ａ．ｌｉ

超轻量化SiC反射镜的优化设计

超轻量化SiC反射镜的优化设计
江浩;张雷
【期刊名称】《电光与控制》
【年(卷),期】2017(024)007
【摘要】针对空间光学遥感器对大口径主反射镜质量轻、面形精度高的要求,设计了一种超轻量化SiC反射镜.首先确定反射镜的轻量化方案,之后采用集成优化方法,在ISight软件平台上集成几何建模、有限元分析和面形拟合等设计流程并自动化运行.反射镜结构参数为优化变量,镜体质量和面形精度RMS值为目标函数.采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)对集成优化模型进行多目标、全局性的优化求解.最后结合制造工艺调整优化结果,得到反射镜的最终设计方案并仿真分析.结果表明,反射镜的质量为11.4 kg,面密度为37 kg/m2,光轴水平工况下面形RMS值为1 nm,一阶自由模态频率为1100 Hz.结果验证了所提出的集成优化方法的有效性.【总页数】4页(P66-69)
【作者】江浩;张雷
【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;长光卫星技术有限公司,长春 130102
【正文语种】中文
【中图分类】TH703
【相关文献】
1.超轻量化SiC反射镜的制备及性能 [J], 董斌超;张舸
2.超轻量化反射镜:C/SiC的最新进展 [J], 郝寅雷
3.长条形SiC空间反射镜轻量化结构优化设计 [J], 齐光;李景林;王书新;任建岳
4.Φ500mm超轻量化SiC反射镜结构优化设计 [J], 赵宇;苏成志;赵贵军;杨光
5.Ф210mm超薄超轻SiC反射镜多目标集成优化设计 [J], 张雷;柯善良;李林;贾学志;杜一民
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大口径SiC轻量化主镜热变形的定标

ｔｒａｏｅ．Ｔｅｈｅｍｌｍｄｓｍｐｅａｕｒｅｏｓｓｕｋｏｎｔｉｈｔｉｈｔｍｉｒｒｗｅｅｄｖｄｄｉｏｔｅｅｅｓａｒｔｅｓｎｓｒｔｃｈｅｌｇｗｅｇｒｏｒｉｉｅｎｔｈｒｅｌｖｌ — ｌｎｇａｐｉｘｉｌｄｒｃｉｏｎｏｔｃａａｉｅｔｏｎ，ａｄｔｅｎｈｅｔｍｐｅａｕｅｔｅｃｅｌｗｅｅｆｔｅｙｑｕｓ— ｒｉｌｏｉｒｔｒｓａａｈｌｖｅｒｉｔｄｂａｉＺｅｎｋｅｐｏｙｎｍ — ａｓｅｐｅｔｖｅｙ．ＢｙｔｋｉＳｉｌｇｈｗｅｇｈｔｍｉｒｒｆｎｅａｌ，ｒｓｃｉｌａｎｇａ４ｍＣｉｔｉｒｏｏｒａｘｍｐｌｔｅＦｉｔｅｅｅｈｏｅ，ｈｎｉｅＥｌｍｎｔＭｔｄ
Ａｂｓｒｃ：ＴｏｅｔｍａｅｔｅｔｒａｉｔｔｏｎｏａｇｅａｒｕｅＳｉｌｇｗｅｇｈｉａｙｍｉｒｒｅｃ－ｔａｔｓｉｔｈｈｅｍｌｄｓｏｒｉｆａｌｒｐｅｔｒＣｉｈｔｉｔｐｒｍｒｒｏｘａｔ
ｌｙ，ｔｅｃｌｒｔｎａｄｃｌｕａｉｎｍｅｈｄｏｈｉｌｈｗｅｇｔｍｉｒｒｗｅｅｒｓａｃｅｎｄｆｅｅｔｈａｉａｉｎａｃｌｔｏｔｏｓｆｒｔｅＳＣｉｔｉｈｒｏｒｅｅｒｈｄｉｉｒｎｂｏｇｆ
ａｒｕｅＳＣｉｈｔｉｈｔｍｉｒｒｐｅｔｒｉｌｇｗｅｇｒｏ

_510mmSiC超轻量化反射镜的设计与有限元分析_张媛媛

ＳｉＣ材料作为制作空间反射镜的备选材料之一，因无毒、比刚度大、热传导性能好等特点已逐步应用到空间光学系统中。［１］美国、俄罗斯、德国、法国等国家从２０世纪８０年代初开始研究ＳｉＣ材料，９０年代用ＳｉＣ制作反射镜，并将其应用在光学系统温度变化大的领域，如高能激光器反射镜和空间低温反射镜，这使ＳｉＣ镜坯在制作、研磨和抛光方面取得了实质性的进展。［２－３］我国在该领域的研究起步较晚，受机械加工、光学加工水平的限制，在大尺寸、超轻量化方面与国外的发展水平相比仍有相当的差距。目前，国内参与大尺寸轻型ＳｉＣ反射镜研究的单位主要有：中科院上海硅酸盐研究所，中科院长春光学精密机械与物理研究所、中科院光电技术研究所、哈尔滨工业大学等，并均取得了一定的研究进展。［４－６］
为了得到最佳结构，对比３种相同质量的ＳｉＣ超轻反射镜结构，如图４所示。３种轻量化结构的反射镜质量均为１．８５ｋｇ，其中结构Ｉ和结构ＩＩ的外部形状相同，而结构ＩＩＩ是目前广泛应用的ＳｉＣ平背型轻量化结构，外环能起到提高反射镜整体刚性的作用。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｄｅｖｅｌｏｐａΦ５１０ｍｍＳｉＣｕｌｔｒａ－ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｍｉｒｒｏｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｕｌｔｒａ－ｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈａｓｅｃｔｉｏｎｉｎｓｈｉｐｆｏｒｍ，ａｎｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｒｅｇｕｌａｒ－ｔｒｉａｎｇｌｅ，ａｎｄａｆａｃｅｐｌａｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈｒｅｇｕｌａｒ－ｈｅｘａｇｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｗｅｉｇｈｔｉｓ１．８５ｋｇ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｏｔｈｅｒｔｗｏｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｗｅｉｇｈｔｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇａｌｌｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｓａｍｅ６ｐｏｉｎｔｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｓｏｎｍｉｒｒｏｒｂａｃｋｓ，ｔｈｉｓｕｌｔｒａ－ｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｗｎｓａｂｓｏｌｕｔｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｉｒｒｏｒｓｕｒｆａｃｅ（ＲＭＳ）ａｓｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｏｔｈｅｒｔｗｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｈｅｎｔｈｅｏｐｔｉｃａｌａｘｉｓｉｓｐｏｉｎｔｅｄｔｏｔｈｅｚｅｎｉｔｈ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，Ｐａｔｒａｎ＼Ｎａｓｔｒａｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｒｒｏｒｓｕｒｆａｃｅｗｈｅｎｔｈｅａｘｉｓｉｓｐｏｉｎｔｅｄｔｏｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎ，ａｎｄｉｔｓｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｅｓｅｎｔｔｈａｔａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｅｓｏｆｔｈｉｓｕｌｔｒａ－ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｍｉｒｒｏｒｍｅｅｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ａｍｉｒｒｏｒｂｌａｎｋｗｉｔｈａｗｅｉｇｈｔａｂｏｕｔ２．２ｋｇａｎｄｓｕｒｆａｃｅｄｅｎｓｉｔｙａｂｏｕｔ１０．８ｋｇ／ｍ２ｉｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄ．Ｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，

一种空间大口径碳化硅指向镜轻量化设计

４ＨｏｋｎＲｏｍａＡ，ＺｒｈｙＧｕｍｅｌＥ，ＨｏｇｎＮＳＳａｎｎｒｏｅｄｍａ．ｃｎｉｇｍｉｒｄ－ｒｓｎｃｎｉｅａｉｎｏｅｓａｉｎｒｐｃｂｒａｉｍｅｅ．ＳＩｉｏｓｄｒｔｓｆｒａｇｏｔｔｏａｙｓａｅｏｍｅｒｄｏｔｒＰＥｇｏ
⑥
２１ＳｉｅｈＥｇ．０１ｃＴｃ．ｎｒ．ｇ
航空航天
一
种空问大口径碳化硅指向镜轻量化设计
王伟成裴云天
（中科院上海技术物理研究所，上海２０８）００３
摘
要
介绍了一种空间大口径碳化硅指向镜轻量化设计，内容包括镜子外部形状、其背部轻量化孔结构形式。最后用有限
２１年８月１０１７日收到第一作者简介：王伟成（９７１７一），，男助理研究员，士研究生，硕研究方向：航天遥感仪器结构设计和空间运动机构。Ｅｍｉ：ｅｈｎ — ａｌｗｉｅｇｃ
＿
图１口径６０ｍ碳化硅指向镜三维模型５ｍ
星姿态控制的难度和燃料耗损。
０
ｉ。
为了减轻遥感仪器的质量，有必要对指向镜实施轻量化设计。指向镜轻量化设计是在保证镜子刚度不变的情况下有效地减轻指向镜的质量。光学镜子的轻量化设计一般分为镜子材料的选择和镜子背部轻量化结构设计，于指向镜选择比刚度由大的碳化硅材料，文将着重介绍镜子的轻量化结本

温度梯度对大口径反射镜热稳定性公差的影响

收稿日期：2019-04-05 ；修订日期：2019-05-10 基金项目：国家重点研发计划 (2016YFE0205000) ；国家自然科学基金青年科学基金 (11703027) 作者简介：杨勋 (1986-) ，男，助理研究员，博士，主要从事光机系统集成仿真与优化方面的研究。 Email:yangxun_ciomp@
Influence of temperature gradient on thermal stability tolerance of large aperture reflective mirror
Yang Xun, Xu Shuyan, Li Xiaobo, Zhang Xusheng, Ma Hongcai
(Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China)
Abstract: In order to investigate the influence of temperature on the radius of curvature and the RMS value of the large aperture SiC reflective mirror, a finite element model was established for a 2 m aperture SiC primary mirror of a space telescope, and the effects of uniform temperature field, axial temperature gradient and radial temperature gradient on the radius of curvature and RMS of the mirror were analyzed. The accuracies of the simulation method and results were verified by experiment theoretical arithmetic. The results show that the influence of temperature gradient on the radius of curvature and the RMS value of the mirror is much greater than the effect of uniform temperature. The change of curvature radius is most sensitive to the axial temperature gradient, and the RMS value of the surface figure is most sensitive to the radial temperature gradient. The change in radius of curvature caused by the 1 ℃ axial temperature gradient is 48 times greater than the change in radius of curvature caused by the same uniform temperature rise. The RMS of surface figure caused by the ±1 ℃ radial temperature gradient can be 202 times larger than that caused by the same uniform temperature rise. The influence of axial temperature gradient and radial temperature gradient on the thermal stability tolerance

sic材料的灵敏度系数

sic材料的灵敏度系数SIC材料的灵敏度系数是指在某一特定条件下，该材料对于外界刺激或信号的变化所表现出的敏感度程度。

在实际应用中，灵敏度系数的大小通常被视作一个非常重要的性能指标，它直接关系到材料的实用价值以及应用范围。

下面将详细介绍一下SIC材料的灵敏度系数并探讨其影响因素。

首先，SIC材料的灵敏度系数受到多种因素的影响，其中最主要的因素就是材料自身的特性。

SIC材料具有卓越的硬度、高温强度和耐腐蚀性等优异的性能，这些特性都与其结晶方式、组成和制备工艺等因素密切相关。

此外，SIC材料的晶格结构也对其灵敏度系数产生了重大影响。

晶格常数和点缺陷密度的变化会影响电子能带结构和多晶结构的特性，从而影响SIC材料的灵敏度系数。

其次，SIC材料的灵敏度系数还与其外部环境有关，尤其是其所处的工作条件。

在不同的工作条件下，SIC材料的灵敏度系数可能会发生明显的变化。

温度、压力、湿度等因素都会对SIC材料的灵敏度系数产生较大的影响。

因此，在实际的应用中，需要根据具体的工作条件来确定SIC材料的灵敏度系数。

最后，SIC材料的灵敏度系数还受到测试方法的影响。

不同的测试方法会对材料的性能指标产生不同的刻画效果，因此也会对灵敏度系数的测试结果产生影响。

为了获得准确的SIC材料的灵敏度系数，需要采用标准测试方法，并在测试过程中严格控制测试环境和测试参数等因素。

综上所述，SIC材料的灵敏度系数是一个非常重要的指标，它影响着SIC材料的应用性能和实用价值。

在研究和应用SIC材料时，需要深入了解其灵敏度系数的影响因素，并采取措施进行合理的调控，以满足不同应用场景的需求。

同时，也需要开展更多的研究，深入探究SIC 材料的特性和性能，为其应用提供更多的技术支持。

大口径SiC轻量化主镜热变形的定标

大口径SiC轻量化主镜热变形的定标吴小霞;王鸣浩;明名;王富国【摘要】To estimate the thermal distortion of a large aperture SiC lightweight primary mirror exactly, the calibration and calculation methods for the SiC lightweight mirror were researched in different thermal modes. Temperature sensors stuck on the lightweight mirror were divided into three levels a-long an optic axial direction, and the temperatures at each level were fitted by quasi-Zernike polynomials, respectively. By taking a 4 m SiC lightweight mirror for an example,the Finite Element Method (FEM) built by MSC. Patran was used to calibrate and calculate the thermal distortion in eighteen kind temperature fields of the first ninth quasi-Zernike polynomials and the Max deformation, surface error PV and RMS values due to the lightweight mirror thermal distortion were obtained for different temperature patterns. Calculation results show that the deformation of lightweight mirror is max under the first quasi-Zernike polynomial temperature pattern, and the surface error RMS value is 278. 3 nm. Using a least-square method, the aberration coefficients of surface errors are calculated by quasi-Zernike polynomial wavefront fitting program for each temperature field, and the main aberration caused by the thermal distortion is piston, tilt, defocus, coma and astigmatism.%为了准确地预算出大口径SiC轻量化主镜镜面的温度变形,研究了不同热模式下SiC轻量化主镜镜面面形的定标和计算方法.将SiC轻量化主镜上的温度传感器在轴向厚度方向上进行分层处理,对每层上的温度分布采用准Zernike多项式进行拟合.以4m SiC轻量化主镜为例,采用有限元法分别对准Zernike前9项温度模式(18种温度场)下的镜面变形进行定标计算,得出各种单位载荷作用下轻量化主镜镜面的最大变形以及面形误差PV值和RMS值.计算结果表明:准Zernike第一项模式、单位载荷作用下镜面变形最大,其面形误差RMS为278.3 nm.采用最小二乘法对各种温差场下的镜面误差进行准Zernike多项式拟合,获得了准Zernike像差项的系数.采用最小二乘法拟合计算出镜面变形误差产生的准Zernike像差项的系数,结果表明,18种温度场下产生的像差形式主要有:平移、倾斜、离焦、彗差和像散.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2012(020)006【总页数】7页(P1243-1249)【关键词】大口径主镜;SiC轻量化主镜;热变形;定标;准Zernike多项式【作者】吴小霞;王鸣浩;明名;王富国【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TH7511 引言SiC材料具有比刚度高，热稳定性好等优点，是理想的空间轻量化主镜镜坯材料，随着国内制造和加工工艺的发展，SiC材料有望应用于地基望远镜中大口径轻量化主镜的制备［1－2］。

2m级SiC轻量化主镜的边缘切向剪切支撑设计与优化

2m级SiC轻量化主镜的边缘切向剪切支撑设计与优化高则超;王富国;丁良;魏梦琦;王瑞【摘要】基于2m口径望远镜工程化应用的需求,在轴向支撑采用18点Whiffletree结构的基础上,展开对大口径侧向支撑方案的设计与优化,达到理想支撑效果的目的.针对一个直径2 030 mm的轻量化主镜,采用12个边缘离散支撑点;运用侧向均匀承重支撑思想选择支撑点的位置;引用修正的边缘切向剪切支撑公式优化支撑力的角度;并进行敏感性分析.结果表明:镜面变形为23.15 nm;系统一阶模态为12.6 Hz.可见该设计方案满足2m级SiC轻量化主镜的支撑要求.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)027【总页数】5页(P130-134)【关键词】侧向支撑;均匀承重;边缘切向剪切;轻量化主镜【作者】高则超;王富国;丁良;魏梦琦;王瑞【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;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;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;中国科学院大学,北京100049【正文语种】中文【中图分类】TH751现代天文观测对地基光电望远镜的灵敏度和观测分辨力的要求不断提高，导致光电望远镜向大口径方向发展。

主镜是光电望远镜的重要元件，它的性能好坏直接影响着望远镜的使用寿命和成像质量。

因此，需要详细地分析主镜的支撑技术。

一般而言，轴向支撑对主镜的变形更加敏感，但随着大口径主镜的径厚比不断增大，侧向支撑的研究也变得越来越重要了[1]。

目前，对于世界上现有大口径反射镜的支撑，从工程应用的要求出发，侧向支撑方案必须可靠性高，装调简单；因此一般采用杠杆平衡重或者是A-frame结构。

大口径轻质SiC反射镜的研究与应用

第7卷　第4期2014年8月　中国光学 Chinese Optics Vol.7　No.4Aug.2014 收稿日期:2014⁃03⁃25;修订日期:2014⁃05⁃18文章编号　2095⁃1531(2014)04⁃0552⁃07大口径轻质SiC 反射镜的研究与应用赵汝成1,2∗,包建勋1,2(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室,吉林长春130033)摘要:介绍了大口径轻质碳化硅反射镜镜坯的基本结构、性能测试指标、国内应用及发展前景;阐述了碳化硅凝胶注模成型(Gel⁃casting)、反应烧结SiC(RB⁃SiC)与压力成型、常压烧结SiC(SSiC)两种国内主要制备大口径轻质碳化硅反射镜的方法;并对两种方法制备得到的ϕ1.45m 碳化硅镜坯的性能、测试数据及光学加工后的光学特性进行分析和比对,提出存在的问题,以供商榷,进而促进国内大口径轻质碳化硅反射镜的研究和发展。

关　键　词:碳化硅;大口径碳化硅反射镜;制造工艺中图分类号:TH743 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20140704.0552Investigation and application of large scale lightweight SiC mirrorZHAO Ru⁃cheng 1,2∗,BAO Jian⁃xun 1,2(1.Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China ;2.Key Lab of Optics System Advanced Manufacturing Technology ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :zhaoruchengciomp@Abstract :The structures,performances and applications of large scale lightweight SiC mirror blank were in⁃troduced.Two fabricating process dominating in our country,namely gel⁃casting forming followed by reaction sintering(RB⁃SiC)and Sintered Silicon Carbide(SSiC)via pressure molding and pressureless sintering,wereelaborated which were adopted to produce ϕ1.45m lightweight SiC mirrors.By comparing the performances,testing results and optical properties SiC mirrors fabricated via two different processes mentioned above,we an⁃alyse the problems existing in the fabricating process to further improve the development of large scale light⁃weight SiC mirror.Key words :SiC;large scale SiC mirror;fabricating processing1　引　言随着空间科学研究的迅猛发展,涉及深空探测、天文光学及对地观测等领域的研究已成为发达国家的一个主要研究目标。

SiC轻量化主镜的被动支撑系统

SiC轻量化主镜的被动支撑系统邵亮;吴小霞;陈宝刚;李剑锋;明名【摘要】针对热膨胀率较大的SiC反射镜,设计了结合A-Frame柔性切向杆侧向支撑结构和机械式Whiffletree轴向支撑结构、具有良好热解耦能力的1.2 m SiC 轻量化主镜被动支撑系统.为研究A-Frame柔性侧向支撑机构对主镜支撑面形、热解耦和系统刚度的影响,利用Ansys软件对支撑系统的支撑效果进行了有限元分析,而后对实际的支撑系统进行了相关试验测试.测试显示在光轴竖直和水平两种状态下,使用提出的支撑机构的支撑系统引起的主镜镜面变形误差RMS的变化小于13 nm;在实验室温度14～23℃下,检测得到主镜面形RMS最大差异为1.9 nm.利用模态分析仪对该主镜及支撑系统进行的动态测试表明:系统的一阶固有频率为52.7 Hz,而理论分析为63 Hz,且前6阶模态振型与分析一致.得到的分析和测试结果人表明该被动支撑系统支撑效果良好,且具有较高的支撑刚度和良好的热解耦能力.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)005【总页数】7页(P1380-1386)【关键词】空间望远镜;SiC轻量化主镜;有限元分析;面形检测;热变形实验;模态测量【作者】邵亮;吴小霞;陈宝刚;李剑锋;明名【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TH7511 引言SiC轻量化反射镜具有重量轻、比刚度大、热稳定性好等优点，是理想的空间望远镜镜坯材料［1-2］。

随着国内外加工工艺的不断进步，SiC 材料有望应用于大口径地基光学望远镜系统中的主镜镜坯制造［3-4］。

4m SiC主镜的轻量化及支撑技术

4m SiC主镜的轻量化及支撑技术吴小霞【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)006【摘要】为设计出结构合理的4m SiC轻量化主镜，本文借助于有限元法完成了扇形轻量化主镜的参数设计，确定了90个支撑点的排布方式，并提出了将36组轴向和侧向力促动器共同设置在主镜背面的力分散器上的支撑方案。

通过建立轻量化主镜的有限元模型，计算出不同的俯仰角下主镜的重力变形和不同温度载荷下主镜的热变形情况。

重力变形分析结果表明主镜光轴水平时，镜面最大变形误差RMS仅为14.7nm，满足设计指标要求；热变形分析预算出1℃的轴向温差引起的镜面面形误差RMS值为278.0nm。

若要保证4m SiC轻量化主镜的镜面面形，则必须设计出合理的热控装置，保证主镜的轴向温差不大于0.1℃。

%In order to accomplish the lightweight design for a 4m SiC primary mirror, the parameters of sector light-weight and the number of support points were determined by Finite Element Method (FEM) .The support system of the4m SiC primary mirror is composed by 36 axial actuators and 36 lateral actuators. Axial and lateral support forces were distributed to 90 support points at the mirror rear by load-spreaders. The primary mirror FE model was built. The mirror deformations caused by gravity were estimated at different pitch angle. The max surface error is 14.7nm RMS when the optic axis of primary mirror is horizon, and the result indicated that structural stiffness of the light-weight SiC primary mirror satisfied the designrequirement. The surface errors due to the thermal deformations were calculated in various thermal environments. When the temperature gradients is 1℃ along the optic axial direction, the lightweight mirror surface error is 278.0nm RMS. The relatively large coefficient of thermal expansion (CTE) of SiC glass requires the thermal control system maintain temperature gradient throughout the mirror optical axis to below 0.1℃.【总页数】5页(P10-14)【作者】吴小霞【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【正文语种】中文【中图分类】TH743;TH752【相关文献】1.环境对大口径SiC轻量化主镜视宁度的影响 [J], 刘祥意;张景旭;吴小霞;李剑锋;孙敬伟2.SiC轻量化主镜的被动支撑系统 [J], 邵亮;吴小霞;陈宝刚;李剑锋;明名3.大口径SiC轻量化主镜热变形的定标 [J], 吴小霞;王鸣浩;明名;王富国4.1.2m轻量化SiC主镜支撑系统优化设计 [J], 邵亮;杨飞;王富国;吴小霞5.2m级SiC轻量化主镜的边缘切向剪切支撑设计与优化 [J], 高则超;王富国;丁良;魏梦琦;王瑞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

Ф210mm超薄超轻SiC反射镜多目标集成优化设计

Ф210mm超薄超轻SiC反射镜多目标集成优化设计张雷;柯善良;李林;贾学志;杜一民【期刊名称】《光子学报》【年(卷),期】2017(46)12【摘要】为了提高轻小型碳化硅反射镜的面形精度并减轻其加工成本,针对某空间相机的Φ210mm SiC反射镜进行超轻量化设计.采用背部三点支撑并优化支撑点的位置,通过拓扑优化,得到反射镜背部需保留和可去除材料的分布情况.结合背部开放式、三角形孔的轻量化方案,确定反射镜轻量化结构的初始模型.应用多目标集成优化方法,建立以反射镜重量和X向自重工况面形为目标,Z向自重工况面形值为约束的优化模型,对该反射镜进行了优化设计.优化后反射镜的X向自重工况下RMS 值仅为0.18nm,Z向自重工况下RMS值为2.38nm,重量仅为0.568kg,面密度达到16.9kg/m^2,X、Y、Z三向基频都在500Hz以上.本文设计的反射镜结构有良好的力学性能,本文优化设计方法是合理有效性.【总页数】9页(P83-91)【关键词】超轻量化;拓扑优化;多目标;集成优化;随机振动【作者】张雷;柯善良;李林;贾学志;杜一民【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;长光卫星技术有限公司;中国科学院大学【正文语种】中文【中图分类】V423.4【相关文献】1.超轻量化SiC反射镜的优化设计 [J], 江浩;张雷2.超轻超薄反射镜主动支撑方案优化设计 [J], 倪颖;黄启泰;余景池3.Φ500mm超轻量化SiC反射镜结构优化设计 [J], 赵宇;苏成志;赵贵军;杨光4.大长宽比长条形SiC反射镜的优化设计与试验 [J], 魏磊;张雷;李宗轩;马冬梅5.超轻反射镜串联柔性支撑结构优化设计 [J], 张雷;柯善良;李林;贾学志;杜一民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

4mSiC轻量化主镜的热控系统设计研究的开题报告

4mSiC轻量化主镜的热控系统设计研究的开题报告
一、研究背景
4mSiC轻量化主镜是目前国内最大的全反射式太阳望远镜主镜，其直径为4米，重量仅为5吨。

该主镜使用了碳化硅材料，具有高的材料硬度和热稳定性，能够避免光学畸变和热变形，提高天文观测的精度和质量。

然而，顶尖天文望远镜的观测需要在高海拔、低温度、低湿度等极端环境条件下进行，这就需要主镜具有优秀的热控制能力，以调节主镜表面温度，避免光学畸变和热变形。

因此，设计一套高效、稳定的热控系统，对于4mSiC轻量化主镜进行顶尖天文观测有着重要的意义。

二、研究目标
本研究旨在设计一套符合4mSiC轻量化主镜特性的热控系统，能够实现对主镜表面的温度控制，以保证天文观测的质量和精度。

具体目标如下：
1. 分析主镜表面温度随环境变化的变化规律，确定温度控制的策略和热控系统的参数；
2. 设计主镜温度传感器和温度调节器，测量和控制主镜表面温度；
3. 针对主镜可能遇到的极端温度情况，设计一套散热系统和加热系统，保证主镜温度始终处于合理范围内；
4. 对热控系统进行仿真和实验测试，验证系统的稳定性和可行性。

三、研究方法
本研究主要采用以下方法：
1. 计算和仿真：采用有限元分析方法和ANSYS软件对主镜表面温度进行模拟和设计主镜热控系统。

2. 实验研究：通过构建实验平台，对设计的热控系统进行验证和测试，验证系统的稳定性和可行性。

四、研究意义
本研究将为我国主流金属轻量化备选材料制造技术的推广和应用奠定科技基础，推动我国望远镜领域研究取得创新性成果，具有重要的意义。

同时，本研究将为国家重大科学工程的顺利实施提供技术支撑，具有重要的应用价值。