地基望远镜主镜支撑性能分析

主镜面型精度是地基大口径望远镜最关键的技术指标之一.为了研究主镜室以及主镜底支撑和侧支撑系统的重力变形造成的主镜面型误差,介绍了一地基光电望远镜的主镜室及详细的主镜支撑结构,借助于有限元法,建立了主镜,主镜室和支撑结构的详细有限元模型,分析计算了主镜在支撑状态下的镜面变形情况,并通过ZYGO干涉仪进行了面型检测.计算结...     

大口径反射镜侧支撑结构力学分析

从理论上论述了在真空望远镜主反射镜的几种侧支撑结构,并运用有限元法对之分别进行了分析计算,得到使用了不同侧支撑结构的真空望远镜主镜在不同观测角度时的表面变形结果,通过比较变形结果,得到使用新配方粘接剂的粘接侧支撑机构支撑效果更好.在已确定使用Grubb十八点底支撑结构后,分析了使用粘接剂的侧支撑结构主反射镜变形与应力情况.通过有限元分析结果,得出变形结果符合整个光学系统的公差要求,同时证明了使用改性粘接剂的侧支撑系统可有效减少光学件表面变形量.     

大口径望远镜水平轴系的模态分析

根据某大口径望远镜水平轴系的结构设计方案，利用结构分析软件I—DEAS，建立了结构分析模型。求得了水平轴系前几阶固有频率和振型图。分析结果显示出了水平轴各部分结构振动的强弱分布，为结构的动力学优化设计提供了可靠的依据。提出了次镜支撑的偏置十字型中心结构，该结构具有较高的谐振频率，因此可以用于大口径望远镜中。     

大口径望远镜三镜结构设计及优化

第三反射镜(简称三镜)在大口径地基光电望远镜系统中作为关键部件之一,其面形精度直接影响着望远镜光学系统成像质量.为准确设计出符合工程实际的三镜结构,从三镜镜体几何尺寸、镜坯材料、轻量化孔结构形式、支撑方式等方面进行分析,并借助于有限元工程分析软件ANSYS,MSC.Patran/Nastran对三镜的支撑点位置、支撑孔壁厚度、镜面面板厚度、镜子外边框厚度、背部肋板厚度以及镜子外边缘倒角尺寸等镜体结构参数进行优化分析,得到了使镜面面形最优的镜体各结构参数.优化后三镜镜面变形RMS值为8.98 nm、PV值为38.03 nm,均满足光学设计要求.研究成果可为同类光机系统设计提供参考.     

大口径望远镜方位轴系静承载能力分析

针对大口径光学望远镜方位轴系的结构特点,利用ANSYS建立了相应结构的二维简化模型,对接触刚度、接触算法等接触仿真相关参数进行了简要分析与设定。结果表明,与经典的赫兹接触理论相比,ANSYS计算得到的最大接触压力与弹性趋近量误差分别为4.3%和0.4%,验证了ANSYS分析中模型建立和参数设置的合理性。再利用所得ANSYS模型,结合轴承实际参数,对该望远镜方位轴系的平面止推轴承进行了静力学分析,建立了一种静承载能力曲线的绘制方法,为大口径望远镜方位轴系设计提供了可靠的理论依据。     

大口径主反射镜支撑结构设计

大口径空间反射镜支撑技术是空间相机研制中的关键技术之一.从保证反射镜组件刚度、强度和热尺寸稳定性的角度出发,对某型卡塞格林系统中980 mm口径主反射镜支撑结构进行了设计.提出采用背部六点支撑,三点为主另外三点为辅的支撑方案,通过在支撑结构中设置柔性环节,从而解决了大口径主反射镜在自重作用下面形精度满足要求而在温变栽荷作用下面形精度严重超差的问题.利用有限元分析软件进行了主镜组件的静、动态刚度及热尺寸稳定性分析,并在分析的基础上对支撑结构中的柔性环节结构参数进行修正,在保证支撑刚度的同时降低了重力、装配应力和热应力对面形精度的影响.分析和试验结果表明,主镜在重力和4℃均匀温升载荷下面形精度达到PV<λ/10,RMS相似文献   

大口径平面基准仪反射镜支撑技术

大口径平面基准仪是在大口径、大视场的空间光学遥感器光学系统装调过程中必须应用的基准工具,随着光学系统的口径和视场的不断增大,平面基准仪口径也不断增大,本文从满足大口径平面基准仪反射镜在复杂的工况下综合面形误差要求的角度出发,介绍了1 000 mm大口径平面基准仪反射镜及其支撑结构材料的选择,讨论了反射镜的柔性支撑结构的设计方法,并运用CAD/CAE工程分析软件进行分析及优化,应用有限元法优化出一种合理的反射镜柔性支撑结构。     

大尺寸望远镜主镜组件有限元分析

为定量分析大尺寸望远镜自身重力对主镜镜面变形造成的影响,采用有限元的手段以非线性分析方法的ABAQUS软件为研究工具对某大尺寸望远镜主镜组件进行了精确有限元分析.在分析过程中将罚函数的摩擦形式引入至主镜组件的摩擦接触中,分别对组件的球头接触、芯轴接触进行了建模,完成了对于组件Y向与Z向的各部分应变分析.分析表明该主镜组件因自身重力作用造成的面形变化非常小,RMS方面的Y向与Z向面形变形分别为16nm和13nm,而主镜绕X轴倾斜量在Y向和Z向分别为0.5″和0.02″,完全满足使用条件.该分析为该望远镜的后续研制提供了参考.     

大口径轻质主镜热特性分析

为了分析温度对大口径轻质主镜反射面面形的影响,对大口径轻质主镜建立了三维模型,利用有限元软件patran/nastran对其进行了稳态和瞬态的热特性分析。主要分析了均匀温度分布,径向温差,轴向温差和外界环境温度变化对主镜面形的影响。结果表明:在径向温差,轴向温差和外界温度变化情况下,主镜面形均受到很大的影响,且面形PV值和均方根值RMS随着温度梯度的增大,呈线性增加的趋势;环境温度在15℃到25℃以正弦规律变化时,在2.8 m主镜内部产生的温度梯度导致的镜面变形的PV值和RMS值波动范围为100~500 nm和25~150 nm;均匀温度分布对主镜面形的影响相对较小。     

空间引力波望远镜主镜组件结构设计及热稳定性分析

针对空间引力波探测对望远镜系统提出的皮米级稳定性和λ/30波前误差的应用需求,提出了一种光机集成分析与优化方法。首先开展了主镜侧支撑点位置分析和支撑结构拓扑优化;然后基于并联Bipod连杆支撑的柔度矩阵,建立了各结构参数的评价函数,并通过Matlab分析初步确定柔性支撑尺寸参数取值范围;最后,搭建了光机集成仿真平台对结构进一步优化。结果表明,系统一阶频率为392.43 Hz,重力和温度载荷下主镜面形变化优于λ/60;在10 μK/Hz^1/2的空间热扰动下,主镜组件尺寸稳定性在10 pm/Hz^1/2水平。

     

大口径光学遥感器主反射镜轻量化方案设计

合理的轻量化结构设计是降低大口径反射镜重量的实际而有效的方法,同时可以有效减少自重等对反射镜面形精度的影响。本文以口径为Φ1200mm主镜为研究对象,采用有限元分析作为研究手段,根据等刚度原则,结合实际工艺情况,设计了两种结构形式的主镜轻量化方案。根据有限元分析结果,确定基于反应烧结碳化硅(RB-SiC)工艺、背部半封闭结构、锥形后表面、采用扇形轻量化孔形式的结构方案为首选方案,并成功研制出了反射镜镜坯。     

大口径机械快门的设计与研制

针对大口径大视场望远镜的需求,设计了一种用于大口径望远镜的机械快门,其通光口径可达φ200mm,具有快速启停,定位准确,不同倾角下两叶片同开同闭等特点。机械结构设计中采用同步传送带和步进电机作为其传动装置具有平稳、速度快、定位准等特点;步进电机的控制、驱动设计中采用DSP发生PWM脉冲波控制电机的速度与位置;同时采用了指数型加减速曲线实现快门的快速启停。实验结果表明,研制的快门叶片打开或关闭时间达到0.2s,稳定性高,整体结构设计巧妙、紧凑,完全可以满足大口径望远镜的使用要求。     

空间天文仪器反射镜材料优化与应用研究

针对空间天文光学仪器反射镜材料的选择,论述了空间反射镜材料的优化方法,对比分析了反射镜材料的性能,并以空间太阳望远镜中的摆镜及Φ1m主镜研究为依托,建立了摆镜与主镜有限元模型,根据模型完成了反射镜材料的计算优化,得到了其力学及热分析结果.结果表明,反射镜的力学及动力学环境要求较高时,铍材最优,碳化硅次之;对于仪器温控范围较宽或对日观测时,微晶玻璃最优,碳化硅次之.根据反射镜材料优化结果,确定了以金属铍作为空间太阳望远镜中的摆镜材料,并进行了铍镜研制,检测结果满足技术要求.     

拼接望远镜中分块主镜曲率半径的误差分析

本文根据几何光学原理,利用光线追迹方法建立的拼接望远镜光学系统的仿真模型,分析计算了拼接主镜中分块镜曲率半径误差对拼接望远镜光学系统的影响。当主镜为单镜面时候,其曲率半径误差引起的波像差可以通过调焦进行补偿;当主镜为分块镜拼接镜时,由于分块镜曲率半径误差的随机性,望远镜光学系统无法对波相差进行有效补偿,对分块镜的曲率半径要求很严格;当对拼接主镜进行共相后,相当于补偿掉单个分块镜中由曲率半径误差引起的平移和倾斜误差,望远镜像质有很大提高并降低了对分块镜曲率半径误差的要求。     

大口径平行光管实时检焦系统

大口径平行光管作为实验室测试和标定必不可少的设备,已经普遍应用于各种光学设备的标定与检测中。但是光管因为震动、温度的梯度变化和空气扰动等影响因素出现离焦现象时,会导致平行光管出射光发散角增大,测量结果可信度降低。针对以上问题,本文提出了一种利用五棱镜作为光反馈元件的小型焦面监测装置,采用CCD作为图像采集装置,利用软件实现系统离焦量的计算,可对大口径平行光管的焦面进行长时间高精度的监测。经过计算机仿真与试验表明:本系统检焦分辨力可以达到45μm以内,满足实验室检测设备精度要求     

大相对口径大线视场光学系统的设计

文章论述了用于红外远距离探测的光学应是全反射式的大相对口径、大视场的离轴非球面系统。给出了一个通光口径为Φ600mm,相对口径1:1.67,线视场为±5°的设计结果。