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空间光学遥感器超薄反射镜及其支撑结构研究

高明辉  
【摘要】:超薄反射镜技术是光学系统轻量化的重要分支之一。随着空间光学遥感器分辨力的提高,焦距、口径不断增大,国内外已经把超薄反射光学系统列为下一代空间光学系统。而超薄反射镜主动支撑和控制是实现超轻量化反射光学系统的关键技术。论文根据国内外超轻量化光学系统发展状况,跟踪前沿关键技术的发展,提出超薄反射镜支撑结构设计方法的研究课题,并得到中国科学院国防基金的资助。针对超薄反射镜支撑结构的设计方法展开深入研究,确定在此支撑情况下的面形精度。主要从以下几个方面对超薄反射镜与支撑结构设计方法展开研究: 1、从超薄反射镜的支撑理论研究出发,介绍、讨论了反射镜支撑结构设计应用的基本原理——薄板的小挠度变形原理以及圆板的轴对称弯曲理论;用薄板理论对于镜子在不同支撑与约束情况下的变形进行计算讨论,以及对变形平衡方程的建立,从理论上分析了镜子的支撑点的数量与支撑位置的合理性。 2、对超薄反射镜与支撑结构进行分析,阐述了有限元法的原理及意义,以及模型结构分析精度标准的确定。 3、建立结构模型,对带有支撑结构的超薄反射镜进行分析,得出在光轴竖直与水平两种状态下的PV和RMS值。通过计算得出该支撑结构能够满足超薄反射镜的精度要求。通过对比不同材料在不同支撑点下的变形,依此确定材料的选取。 4、通过对超薄反射镜支撑变形分析得到支撑点数与经验公式计算的值进行比较,得出对镜子支撑的最合理支撑点数。讨论了单个支撑组件对超薄反射镜的支撑,对不同支撑间距对面形的影响进行了分析计算,得出支撑间距与镜子支撑面积的关系。 5、通过对镜子支撑组件的臂长、角度、位置的调节,了解通过多次调节对于镜面变形的影响,最终确定最佳的支撑结构。在此基础上,通过施加力或位移进行多点调节,找到合理的调节方法,使面形精度达到要求。 6、设计了超薄反射镜的支撑调节结构、柔性铰链放大机构,并计算分析其合理性,得出放大倍数,能够满足驱动范围的要求。论文也对超薄反射镜的面形检测和调节的方法进行了探讨,最后完成实验工作。测试结果表明,所用研究方法合理,所得计算结果正确。


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