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地基望远镜力学、温度场特性对光学性能影响研究

冯树龙  
【摘要】:本文概述了望远镜的发展,介绍了望远镜的分类和几种典型望远镜光学系统的结构形式及国内外大口径地基望远镜的进展。阐述了分析现代光机系统普遍采用的光机热集成分析方法的概念、思想方法、应用及分析的一般过程,总结了力学分析、热分析、光学分析的内容及进行工程分析的步骤。 论文在结合主次镜及其支撑结构和支撑方式的基础上,首先对主镜和次镜进行了静力学分析,讨论了主次镜在不同方向、不同支撑结构下的重力变形和刚体位移,计算了不同状态下侧支撑力的大小对主镜面型变形的影响,指出了中心支撑对有中心孔的光学镜子在减小面型变形方面的重要作用;然后对主次镜进行了动力学分析,着重讨论了次镜不同支撑结构方式的固有频率以及提高次镜支撑系统刚度的一些建议。 接下来分析了主次镜在轴向、径向、周向温度梯度作用下的温度场分布及面型变形,阐述了分色镜的体吸收、面发射的特性并建立了分色镜的模型,对分色镜进行了瞬态温度分析,得到了不同时间内分色镜的温度场分布及面型变形,确定了其对可见光和中波红外光的影响,提出了温控的建议并分析了分色镜的自辐射对探测器的影响。 在完成了结构和热分析的基础上,分析了机械载荷和热载荷作用下元件变形对光学性能的影响,分析结果与在载荷作用下元件变形的规律相比是一致的,光学性能的变化可以满足使用要求。 对有限元法分析计算的误差做了总结和评估,提出了误差控制的几个途径,对本文所采用的分析计算的误差做了简略的评估,并通过主镜的面型检验验证了仿真结果。


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