TMT三镜被动支撑系统的概念设计

TMT（Thirty Meter Telescope）望远镜是一台R-C式的30 m口径光学红外望远镜，其三镜为椭圆形平面镜，口径为3.594 m2.568 m，质量达到1.8 t，三镜系统需要把来自次镜的光折转到望远镜两侧耐氏平台上的一系列科学仪器上，具有跟踪和快速定向功能。支撑系统包括底支撑系统和侧支撑系统，根据TMT对三镜的面形要求，提出了底支撑系统采用18点Whiffletree结构，通过优化分析，面形RMS值达到118.5 nm。针对侧支撑系统，提出了基于kinematics原理的12点支撑方式，侧支撑作用下的面形RMS值为4.7 nm，两者综合作用下的面形RMS值优于77 nm。按照支撑系统方案，设计了一种满足一定质量和体积要求的支撑系统结构。     

相位差法用于拼接镜piston相位检测的实验研究

为了在实验的基础上研究相位差法在拼接镜piston波前探测中的性能,本文在球面镜上放置两个合成口径分别为200 mm和50 mm的拼接形光阑,进行了模拟拼接实验。依据相位差法的基本原理,通过优化计算可得piston误差分别小于25 nm和1 nm,以此验证了相位差法在拼接镜piston波前探测中的能力,并为将相位差法用于实际拼接镜系统波前探测打下了一定的基础。     

大型地平式望远镜的方位轴系支撑结构

设计了用于2m口径望远镜的方位轴系支撑结构.通过对比大型地平式望远镜方位轴系的典型支撑结构,拟定了由向心球轴承和大接触角推力球轴承集成的一体化轴系支撑方案以及相应的轴承结构参数.依据Hertz接触理论并采用AYSYS有限元软件对60～85°不同原始接触角下的静载荷特性参数进行了理论计算和非线性仿真分析验证,结合加工工艺设计了85°接触角的推力球轴承结构.研制成功了直径为1 500 mm轴承样机,其轴向跳动为0.009 mm,径向跳动为0.006 mm,最大空载启动摩擦力矩为30 N·m,承载能力优于30 t.该项设计为大型望远镜高精度方位轴系的研制提供了可靠的设计依据和技术途径.     

光电对抗技术

光电对抗技术是近几十年发展起来的一门新兴科学,并在现代战争中得到广泛的应用.它是研究侦察、干扰、削弱或破坏对方光电设备有效使用、保障己方人员和光电设备正常发挥效能而采取的综合技术措施.光电对抗技术是电子战与信息战的重要组成部分,在现代战争中显示出了惊人的作战效能.随着微电子、新型材料等高新技术的不断发展,光电对抗技术在光电侦察与反侦察、干扰与反干扰等军事应用中发挥了重要作用,现代光电子技术和信息技术的迅速发展,极大地促进了军事光电子技术的日趋成熟和完善.本文对光电对抗技术进行了详细的介绍和分析,展望了光电对抗技术的发展趋势.     

Slope RMS在三镜支撑设计与面形评价中的应用

针对镜面面形均方根（RMS）无法反映表面面形的空间频域特性,借鉴了国际上先进的斜率均方根（Slope RMS）作为面形评价方法。本文以2 m级望远镜三镜作为例子,将Slope RMS作为优化目标函数,计算了支撑点的位置,给出的支撑之后面形误差RMS值为6.88 nm,在空间间隔为0.25 mm时的Slope RMS值为0.17809 μrad。利用Zernike多项式作为面形拟合基底函数,将对成像质量没有影响的刚体位移从面形误差中分离出来,得到最终的面形误差的RMS值为3.30 nm,在空间间隔为0.25 mm时的Slope RMS值为0.15943 μrad。研究结果表明,以Slope RMS为目标函数优化支撑点的支撑结果位置满足光学设计的要求,对更大口径光学元件的支撑设计提供了一种指导方法。     

TMT 三镜系统tilt 轴轴承方案研究

30 m口径望远镜(TMT)的三镜跟踪系统(M3PA)的运动性能和指向精度指标均高于已建成的各大望远镜,且工况复杂多变,给设计人员带来了巨大的挑战。三镜跟踪系统包括Rotator 轴和Tilt轴两部分。重点研究了Tilt 轴轴承布置方案以及相应分析。提出了两种轴承方案,经过分析,使用一对双列角接触转盘轴承的方案更适合于Tilt 轴的工作需要,此时结构第一阶谐振频率可达到15.1Hz,满足Tilt 轴的设计要求。选定方案后,针对所选择的轴承,使用ANSYS 进行了仿真。仿真结果显示,所选轴承中滚动体的最大承载达到5 000 N,最大应力大约为2 300 MPa,承载曲线满足经典余弦分布,从而证明仿真数据可靠,模拟方法可信;另外四列滚动体上都有明显的承载,从而说明所选择的轴系能够很好地将载荷分散到两侧结构架上。分析结果表明,这种结构形式能够满足TMT 三镜系统对刚度要求。     

基于斜率的TMT 三镜面形检测方法

为了完成对于30 m望远镜(TMT)三镜面形的检测,引入了基于斜率的测量方法。首先,针对斜率信息分别提出了对于低阶像差拟合以及中频误差分析的方法,并利用数值仿真以及实测数据对于之前提出的理论进行验证;最后,针对所提出的方法进行了基于蒙特卡洛法的误差分配,讨论了在TMT招标方所提出的精度要求下,各个检测仪器的精度如何分配。文中使用的方法,不仅对于TMT三镜的面形检测有很好的指导作用,同时对于类似的大口径平面镜的检测也有一定助力作用。     

小孔径采样在大口径系统主镜装调中的应用

为了满足大口径光学—红外系统主镜的检测装调,引入了小孔径采样方法对于系统主镜的低阶误差进行分析,进而对系统的装调进行指导。随着光学-红外系统的口径加大,由于检测成本等原因,之前在装调时使用的与制造过程中相同的检测方法已经不再适用。本文首先对于小孔径扫描的基本原理做出了介绍,之后提出了实现本文方法的硬件结构,最后通过数值仿真来验证本文方法的正确性与可行性。对于大口径光学-红外系统主镜的装调检测有着较好的指导作用。     

1.2m望远镜风载作用分析

风载是影响地基大口径光电望远镜性能的重要因素之一,其作用会直接影响主次镜面型精度,引起望远镜指向误差,从而降低其成像精度和跟踪性能.为了研究风载对望远镜的影响程度,介绍了风载的概念,建立了风压力谱的数学模型.借助有限元法,建立了1.2 m望远镜系统的有限元模型,分析了主镜在静态风载压力下的面型变化,以及望远镜系统在动态...     

小型反射镜柔性镜座柔度分析

为了进行小型反射镜柔性镜座的柔度研究。首先利用伴随变换建立柔性镜座的柔度矩阵,推导出轴向、侧向某方向柔度分别为9.58×10-8m/N、1.38×10-8m/N,并用有限元分析软件MSC.Patran/Nastra仿真得到轴向柔度1.00×10-8m/N、侧向柔度1.33×10-8m/N。之后假设镜座与模拟镜之间连接处柔度矩阵为6×6对角阵。将此矩阵组合至镜座柔度理论模型中,得到侧向柔度关于连接处柔度矩阵对角线元素的表达式。通过对侧向柔度实验数据进行非线性拟合得到其数值,并计算出其正交方向与轴向柔度分别为4.039×10-7m/N、2.20×10-7m/N与实测值4.136×10-7m/N、2.25×10-7m/N比较,分别相差9%、2%,证明了简化的正确性与方法的可行性。本文利用优化的方法对柔度实验数据进行了非线性拟合,避开了可能的各向异性等具体的物理性质,直接在数学上建立其柔度模型,同时,对工程中类似问题的求解提供了指导;本文对于柔性镜座的分析对于项目之后的分析与装调也有重要意义。