超大口径光学制造均力支撑布局优化

为降低支撑控制难度和节约制造成本,同时又保证在线光学加工-检测所需的支撑精度,提出超大口径反射镜的支撑布局优化方法。研究支撑状态下的反射镜面形精度,解决面形拟合和优化目标提取的问题;以斜率均方根(SlopeRMS)为目标建立非圆形口径的超薄反射镜加工支点布局优化模型,使其具备自适应有限元分析的功能;针对工程中大量使用的轻量化反射镜,设计出适应其几何变化的支撑转换结构,并展开以面形均方根(RMS)误差为目标的支点位置的优化设计;通过30m口径望远镜(TMT)第三镜和某2m口径反射镜的支撑布局优化,验证了所采用方法的效果。算例结果表明,所提方法具有较好的几何适应性,布局优化后支撑系统的精度满足超大口径反射镜的光学制造要求。     

大孔径光学反射镜球铰支撑方式尺寸稳定性分析

采用球铰支撑可以极大地提高大孔径反射镜工作的可靠性,但必须对这种支撑方式进行合理的稳定性分析。球铰支撑方式的有限元分析必须围绕其支撑方式所具有的严格而又明显的接触特性、顶丝预紧力作用、具有相对滑动趋势而产生的摩擦这三大基本特征展开。应用传统的线性有限元分析手段对大孔径反射镜球铰方式支撑的尺寸稳定性分析具有较大的局限性。为提高分析精度,采用了非线性分析方法,最大程度地模拟实际结构,并将罚函数的摩擦形式引进到了摩擦接触对中,并对其进行了实际模型的解算,使得分析结果更加精确,并依据分析结果,对预紧力进行了合理地选取,使反射镜在一定的工作环境下能够稳定地工作,满足系统成像的需要。     

空间相机主支撑结构优化设计方法的研究

描述了空间相机运载发射及在轨运行阶段经历的力学和热环境,提出空间相机主支撑结构优化设计方法,用有限元分析法对卡塞格林和TMA两种具体空间相机光学系统主支撑结构进行了优化设计。对拓扑优化前后分析结果进行比较,卡塞格林光学系统主支撑结构一阶固有频率从41Hz提高到72Hz,重量降低15%;TMA光学系统主支撑结构一阶固有频率不变,重量降低35%。结果表明,采用此优化设计方法不仅缩短了设计周期,而且有效地降低了支撑结构重量,提高了主支撑结构的性能,满足系统设计要求。     

基于接触非线性分析方法的反射镜组件工程分析

工程中将实际的非线性系统近似为线性系统,用线性分析方法对所研究的对象进行分析往往会带来较大的求解误差。介绍了产生结构非线性的主要因素,并在接触理论基础上,对某空间相机反射镜组件进行了合理的有限元建模。采用接触非线性分析方法对螺钉预紧时反射镜的响应及在自重和温度载荷作用下反射镜的变形进行了分析。通过比较线性分析与非线性分析的结果表明:采用非线性分析的结果更接近实际;在空间相机的工程分析中,对某些接触部位采用非线性的分析方法可以提高分析精度。     

CAE在超薄反射镜多点调节中的应用

空间光学的发展对光学系统的轻量化提出越来越高的要求。空间光学系统中光学元件的轻量化问题已被人们所重视。超薄反射镜具有重量轻的优点 ,但它极易受各种力学、热力学等环境的影响 ,因而其面形易发生变化。因此可利用该特点对它进行调节 ,使其达到面形精度要求 ,使缺点化为优点。合理利用该技术将使其发展为主流光学的实现策略之一。目前在开展该项工作上有一定难度 ,须建立在坚实、全面的工程分析基础上。采用有限元法 ,针对一种实验超薄反射镜支撑方案及其主动调节进行分析 ,旨在为支撑方案和调节方案找到一条合理的路径。通过具体的分析 ,找到了这种超薄反射镜的最佳支撑位置 ,且给调节方案的确定提供了具体的理论值。这种理论值不仅证明了超薄反射镜设计制造方案的正确性 ,而且也为下一步具体的实验提供了理论依据。     

用子结构模态综合法求解光学反射镜组件结构动响应

在航天光学成像仪器中光学反射镜组件结构复杂,相应的有限元分析模型大,因此分析效率较低。针对此问题,引入子结构模态综合法作为光学反射镜组件结构动响应的求解方法。具体讨论了子结构模态综合法求解结构动响应的基本原理,说明了该法在工程上的实现方法。以某反射镜组件为例进行了计算,结果表明,子结构模态综合法与经典的整体FE分析法比较,求解的前10个固有频率误差小于7%,计算时间前者为后者的2/3;加速度响应曲线符合良好,计算时间前者为后者的2/5,子结构模态综合法的计算效率明显提高,工程适用性良好。