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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2004年
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轻型大视场光学遥感器结构动态特性研究

孙宝玉  
【摘要】:光学遥感器在运载、发射过程中所经历的主要环境就是动力学环境,它直 接关系到结构的动态特性。振动、冲击、过载等动力环境因素的存在,将导致光 学系统中各光学组成元件间视轴发生变化,产生离轴、离焦和倾斜等变动;重力 引起反射镜面形精度变化,产生波前畸变。二者均使遥感器不能准确成像。 以离轴TMA望远镜技术为核心的新型空间光学对地观测遥感器,不但能获得 优良的像质,而且可以同时实现高分辨率、大视场和较轻小的体积。此项技术的 研究无疑代表着空间光学对地观测领域的发展方向。 结合目前空间光学成像遥感器的发展现状,我国在高分辨率、大视场光学遥 感器研究方面已取得了很大的进展。为从动态环境角度研究影响空间遥感器结构 动态特性的机械结构系统的强度、刚度等因素,解决工程实际问题,本文主要针 对轻型大视场光学遥感器开展了以下几个方面的研究工作: 1.在充分了解近年来国际高分辨率光学遥感器发展趋势的基础上,针对以 TMA望远技术为核心的轻型大视场光学遥感器进行动态特性分析与研究。 2.深入研究有限元与结构力学方面的理论,找出结构静力学与动力学分析 建模的主要区别,探索动力学分析求解的最佳的建模方案,以使分析模型能最大 限度地接近结构实际情况,提高有限元分析精度。 3.对离轴TMA系统的机械支撑系统进行动力学建模,为实现轻量化,提高 结构固有频率,光学遥感器系统反射镜背部加工轻量化孔和选取碳纤维支撑结 构;对整体结构进行支撑位置优化,确定在不拦光前提下支撑结构的最合理支撑 位置。同时对碳纤维复合材料与金属结构件之间的预埋连接工艺进行改进研究, 由胶接工艺改为螺纹胶接工艺,经有限元分析计算,由于对杆两端施加了预紧力, 提高了整体结构的一阶模态频率,即提高了结构的刚度。 4.从环境约束角度出发,为了能使遥感器光学系统满足成像面形精度要求, 支撑结构具备良好的刚度,抗振性能好,且同时满足结构热稳定性要求,柔性铰 链支撑结构的采用成为解决二者矛盾的关键。本文对柔性铰链支撑结构进行合理 的结构参数设计与抗振性能研究,通过结构模态分析和动力响应分析以及试验研 究证明,正交双层柔性铰链具备良好的抗振性能,在动态环境下有效地抑制外界 干扰。 5.采用动态子结构技术对光学遥感器模型进行动力学分析,显著地提高了 计算效率。本文着重研究在低频正弦扫描、随机、冲击和过载振动几种典型的动 力学环境工况下,系统的动态响应,以考察系统机械结构的动态特性,并通过振 动试验对分析结果进行验证。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP73

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