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《中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)》 2017年
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离轴反射望远镜整体旋转扫描机构设计研究

杨哲辉  
【摘要】:随着航天航空技术的进步,卫星遥感展现出大范围、高频度和实时观测的优势。扫描机构是许多高空间光学遥感仪器接受地物光学信息的第一个环节,扫描机构的结构性能的好坏与仪器的成像质量息息相关。本课题所设计的系统采用离轴反射式旋转望远镜整体360o圆周旋转+半角镜的物方扫描,具有视场大,可以实现从可见光至热红外谱段的星上定标,更好地抑制杂散光、降低偏振敏感度和实现实时定标,提高了系统的定量化应用水平。在结构上,整体扫描方式大大消解了“扫描镜”的旋转剪切应力、地面重力,安装误差对面型的扭曲。本文分析系统的光学设计方案,扫描系统各组成部分及其工作原理,并分析研究了机械结构、各部件的选取原则和设计思路,最终确定了望远镜整体旋转扫描系统机械结构总体方案。选取执行电机和传感器,选定反射镜材料和固定方式等系统机械部件的设计。设计了半角镜系统的结构。充分考虑了半角镜自身的动力学特性,比对几种连接方式,对半角镜机构的镜体、轴承、电机作连接方式选择。对望远镜运动机构进行了静平衡和动平衡分析,在MSC.ADAMS软件中建立了镜筒的多体动力学有限元仿真模型,得出了镜筒的量分布情况和连续扫描工况下的轴承受力情况。通过仿真优化设计将轴承受力达到最小。最后对望远镜系统和半角镜系统进行了基于ANSYS的仿真分析,在仿真实验中获得了其x,y,z方向上的一阶和二阶固有频率。根据Ansys的分析结果分析薄弱位置,对望远镜镜筒进行相应的添加肋板和辅助支撑进行加固,最终达到了设计要求。总之,本课题把有限元的技术与光机结构设计结合,应用在工程分析中建立了望远镜扫描机构的动力学虚拟样机模型、扫描系统有限元模型。总结出工程中利用有限元分析的常用手段与通用流程,故而本课题的研究内容具有一定的工程意义和使用价值。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V443.5;TP73

【参考文献】
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