激光通信一体化SiC/Al摆镜支撑参数优化

在组网“一对多”激光通信系统中,为了减小安装面平面度误差对反射镜面形的影响,保证组网“一对多”激光通信用伺服摆镜安装后的面形精度,对一体化SiC/Al摆镜支撑参数开展了理论分析,分析了各支撑参数对摆镜面形精度的影响规律。然后采用有限元分析优化设计了支撑参数,确定了支撑点位置和安装面平面度精度的要求。对采用优化设计参数后的摆镜面形精度测试表明,在加工面形为PV值优于53 nm(λ/12),RMS值优于10 nm(λ/60)的前提下,并在(20±5) ℃温度载荷作用下,摆镜安装后的面形精度PV值优于210 nm(λ/3),RMS值优于60 nm(λ/10)。同时,摆镜与安装基座由相同材料制作,这有效减小温度变化负载对面形精度的影响,完全满足组网“一对多”激光通信伺服摆镜面形的精度指标要求。     

GEO激光通信系统主镜组件优化设计

为保证GEO激光通信系统主镜的面形误差、主镜组件的结构刚度满足设计要求,需要进行主镜组件结构参数优化设计。由于组件的结构参数较多,为避免参数之间重复优化,提高优化设计效率,采用正交优化方法,用9种结构参数组合完成全部81种参数组合的主镜优化设计,保证了1 g重力、2℃径向温差分别作用时的面形误差RMS值满足RMS/50（=632.8 nm）的面形精度要求,并且改善了5℃均匀温升作用下的面形误差RMS值;在此基础上,进行了柔性支撑优化设计。仿真分析表明,主镜组件一阶频率为213 Hz,高于要求的200 Hz固有频率,主镜在1 g重力、2℃镜体径向温差和5℃均匀温升共同作用下的最大面形误差为10.78 nm,满足面形精度要求。经实验测试:5℃均匀温升的面形误差RMS值为7.27 nm,优于设计要求。优化设计为主镜组件的设计、加工、装校提供了技术支撑。     

4mSiC主镜起吊装置结构设计与分析

根据4 mSiC 主镜的结构和材料特性,设计了带有12 个底支撑杆的主镜起吊装置。首先确定了起吊装置主体构成包括主体框架、底支撑组件、侧支撑、上压紧等组件。其次运用有限元建模、分析和优化的办法,重点进行了有关主体框架的设计、施力面积的优化以及设计尺寸的优化。分析出了安装存在的误差所导致的3 点支撑和主镜倾斜时镜子变形和应力情况,并提出了相应的解决方法。最终确定了起吊装置的最终方案,并按照设计和优化的结果,加工、安装和使用了起吊装置。分析结果和实际应用表明,起吊装置达到了设计要求,可以为类似的结构提供一定的指导。     

4m口径的SiC主镜翻转装置结构设计与分析

根据4 m口径的SiC主镜特殊的使用要求,设计了一种辅助翻转设备实现其180旋转。首先确定了翻转装置的主体构成包括主体框架、轴向支撑组件和径向支撑结构等。理论分析了反射镜在任意天顶角状态下轴向Whiffle-tree支撑结构和径向吊带支撑力的大小,并分析了使用吊带支撑下吊带对反射镜径向压力的大小。接着在设计实际结构的同时,运用有限元建模、重点分析了主体框架的刚度以及光轴竖直和光轴水平状态下镜子的应力情况以及翻转装置的最大刚体位移,根据分析结果设计了整个翻转装置的详细结构。最后根据设计和分析的结果,加工、安装了翻转装置,并采用加速度计测量了翻转过程对反射镜的冲击情况。实际应用和测试结果表明,翻转装置达到了设计要求,可以为类似的结构设计一定的指导。     

1.5 m垂直状态真空平行光管主镜支撑结构设计与分析

针对平行光管主镜应用真空垂直状态的特点,从主镜的支撑方式入手,推导了适用于whiffle tree 结构的支撑点的位置公式,设计了空间曲线切口式柔性铰链,分析了不同结构形式的主镜室的变形.建立主镜室支撑系统的有限元模型,分析计算了系统的静力学变形和谐振频率,分析的结果表明在支撑结构的作用下,主镜镜面的面形RMS优于0.05λ,一阶谐振频率达到65.9 Hz,完全达到了设计要求.     

高体份SiC/Al复合材料在星载遥感器中应用

高体份SiC/Al复合材料因其性能优良而成为新一代星栽遥感器的理想结构材料.因星载遥感器设计中材料选择的重要性,对高体份SiC/Al复合材料与常用遥感器结构材料的空间应用综合品质因子进行了比较,高体份SiC/Al复合材料的综合品质因子为1 687.8,为传统遥感器结构材料的5～80倍.对遥感器的调焦机构支架进行力学分析...     

激光通信平背伺服摆镜支撑结构优化设计EI北大核心CSCD

为了保证平背伺服摆镜的镜面精度和支撑刚度,设计了一种周边柔性支撑的方案,通过对摆镜与镜座粘接处机械结构进行切口处理形成铰链结构,降低结构刚度,减小结构变形产生应力的影响。由于摆镜形状、粘接点位置、柔性支撑结构参数较多,并且相互耦合,首先采用正交实验法对摆镜主要参数进行分析与优化,确定摆镜形状尺寸参数和粘接点位置,随后优化设计摆镜柔性支撑结构。仿真分析和实验表明,采用该周边柔性支撑后,摆镜组件一阶频率为446.66 Hz,在±5℃温升(温降)和标准地球重力共同作用下,最大面形误差RMS为λ/42.87,能够满足动、静态刚度和热尺寸稳定性要求。随后使用ZYGO干涉仪在(23±5)℃温度范围内对加工装配后的摆镜面形进行检测,结果表明,摆镜面形PV值优于λ/5.1,RMS优于λ/43.28,满足RMS≤λ/40的指标要求。实验结果表明,柔性支撑参数设计可靠,满足使用要求。     

高体份SiC/Al复合材料空间相机框架的拓扑优化设计

为了提高空间相机在力/热双重环境条件下的系统稳定性,同时能够实现系统的轻量化目标,在某型空间相机的研制过程中选用了具有高比刚度和热稳定性的高体份SiC/Al复合材料。采用整体式框架结构,将基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法应用到相机框架结构的初始设计中,通过设定相应的约束条件和目标函数,进行迭代求解,得到了相机框架分别在X、Y、Z三个方向重力作用下的结构拓扑优化结果,结合工艺要求,最终确定了空间相机框架的设计方案。通过与对比方案比较发现,经过拓扑优化所得到的框架结构在结构刚度及轻量化率上都有明显提高,实现了空间相机框架高刚度、轻量化的设计目标。     

空间相机反射镜SiC/Al 支撑板轻量化结构优化设计

在保证空间光学遥感相机反射镜组件结构刚度、位置精度、面形精度的同时,最大限度地降低反射镜支撑板的质量,是轻量化设计的一个重要内容。提出了通过拓扑优化确定反射镜用SiC/Al 材料的背部支撑板轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明: 重力载荷下面形精度达到/10 PV,/50 RMS（=632.8 nm）,PV 值13.3 nm,RMS 值2.9 nm,反射镜组件一阶固有频率239 Hz,均优于传统结构形式的反射镜。拓扑优化的方法获得的轻量化背部支撑板能够满足使用要求。     

外军机载激光/射频一体化通信技术研究进展

总结了外军机载激光通信、高速射频通信和激光/射频一体化通信的发展情况,针对典型项目分析了应用场景、技术体制以及达到的功能和性能指标等,阐述了关键技术及实施途径等,最后展望了未来发展。     

Athermal design of the mirror support with flexure hinges for the laser communication terminal

In order to suppress the effect of the temperature variation on the wavefront of the laser communication terminal, the secondary mirror support with flexure hinges is designed. The series-wound straight-circle flexure hinge is designed to achieve the maximal variation range of the flexibility or stiffness with the limit of flexure hinges’ geometrical size. The position and quantity of the flexure hinges are determined to control the deformation direction of the secondary mirror. In order to search the direction in which the wavefront aberration is minimum, the flexure hinges’ parameters are optimized with the system wavefront aberration as the optimization objective. The prototype of the laser communication terminal is constructed and the value of the wavefront aberration is measured under the condition of 20±2°C. Experimental results show that the value of the wavefront aberration root mean square (RMS) is reduced from 0.066λ to 0.042λ, meeting the requirement of RMS less than 1/20λ (λ=632.8 nm). The athermal design method presented in this paper provides a novel way for the athermal design of the small aperture mirror support in off-axis optical systems.     

高体份SiC/Al反射镜在空间光学应用可行性的分析

简述了空间遥感器设计中反射镜材料选择的重要性及影响。对SiC和SiC/Al复合材料与常用光学材料的空间应用综合品质因子进行了比较,SiC材料的综合品质因子为8072.92,高体分SiC/Al复合材料的综合品质因子为1 687.50。并对高体分SiC/Al复合材料应用在反射镜上的光学性能进行了检测。检测结果得出材料的表面粗糙度能够达到1.49 nm,小于5 nm;反射率达到95%以上,能够满足反射镜的性能要求。对采用高体分SiC/Al复合材料作为反射镜和背板材料的相机结构进行分析。分析结果得出整体结构前三阶模态为115 Hz,120 Hz,203 Hz,满足空间遥感器大于100 Hz的技术要求,各反射镜的面形精度满足RMS≤1/50λ(λ=632.8 nm)的技术要求。各项测试数据和有限元分析结果表明,高体份SiC/Al复合材料作为反射镜在空间光学中应用是可行的。     

极轴式望远镜主镜支撑设计

极轴式望远镜主镜的面形精度受极轴和赤纬轴复合运动的影响,针对其复杂的运动方式,以Ф700 mm主镜为例,设计了一套满足其各种工况要求的轴向及径向支撑结构.运用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对其在水平和竖直放置的极限工况进行了分析,计算出主镜水平状态下的镜面变形误差PV值为19.33 nm,RMS值为...     

摆镜式激光通信终端光束指向与粗跟踪特性

基于两正交旋转轴的单平面镜（摆镜式）激光通信终端的粗跟踪问题,提出了一种求解光束指向的法矢量求解算法,给出了该类型通信终端的粗跟踪算法。采用矢量反射定律和矩阵旋转变换规律,理论推导了摆镜的光束指向模型和跟踪模型,对比分析了不同安装方式对光束指向和畸变的影响,并对模型分别进行了建模仿真和实验研究。结果表明:光束传输模型和粗跟踪模型的精度优于3 μrad,所研制的摆镜式激光终端粗跟踪精度,最大误差优于15.5 μrad (3σ),均方根误差优于10.5 μrad,满足激光通信终端对高精度粗跟踪的技术要求。该研究工作对摆镜式扫描系统的光束指向分析和激光终端粗跟踪具有借鉴意义。     

大口径SiC主镜主动支撑研究及促动器设计

大口径轻量化SiC主镜是一种新型主镜,之前没有成功的支撑案例作为参考。通过对各类大口径主镜的主动支撑技术的优劣进行分析,确定利用液压并联力促动器的支撑方式对SiC轻量化主镜进行支撑,并利用自由谐振模式定标方法研究了某4 m SiC主镜的校正力需求,计算发现该主镜对力促动器的校正力分辨率要求为0.1 N。针对这一需求,详细分析了影响机械式力促动器精度的主要因素,并进行了相应的设计,采用步进电机作为动力源,通过大减速比减速器驱动滚珠丝杠输出微米级微位移,并利用复合弹簧系统将位移转化为作用力,最终设计并加工出一款高精度力促动器,并对促动器进行了测试,发现该促动器的输出力范围-400～400 N,位移分辨率0.96 m,力分辨率0.05 N,可以满足主动支撑对力促动器的需求。     

星载激光雷达望远镜主镜光机分析与优化

针对研制和集成完的直径为1 m的激光雷达望远镜,介绍了望远镜主镜系统的结构设计,并分析了主镜二级背板安装点匹配失调及主镜挠性支撑脚作用对主镜面形的影响。通过建立主镜系统的有限元模型开展光机分析,并对分析结果进行了处理,使其能够与集成装校时的干涉测量波前图进行直接对比,得出二级背板与光学基板安装点匹配失调是导致主镜形变过大的主要原因。针对此问题对望远镜主镜系统结构进行了改进,通过有限元光机结构分析,预计优化后的结构能够有效地减小匹配失调导致的主镜形变,将使主镜均方根形变量从0.3降至0.097（=632.8 nm）,满足激光雷达要求的0.15面形要求。