基于有限元法的空間相機主鏡設計.pdf

1、主鏡作為空間相機中質(zhì)量最大的光學元件,其面形精度、位置精度要求十分嚴格.本文研究的主鏡尺寸較大且外形呈長圓形,若要保證其高的面形精度、位置精度,難度更有所增加.因此在空間力熱耦合的環(huán)境條件下,如何使得主鏡組件的設計滿足質(zhì)量輕、主鏡的面形精度、位置精度高以及靜、動態(tài)剛度,靜、動態(tài)強度合理的要求,成為空間相機設計的關(guān)鍵課題之一.圍繞主鏡的設計約束條件,本文主要介紹了主鏡材料的選擇和幾個典型結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定.即,通過對常用主鏡材料的抗熱變形品質(zhì)

2、因數(shù)和綜合品質(zhì)因數(shù)的定量分析,科學地完成了主鏡的選材;應用有限元分析方法,借助于結(jié)構(gòu)剛性品質(zhì)因數(shù)的概念,研究了主鏡輕量化孔的形狀和主鏡厚度對鏡結(jié)構(gòu)剛性品質(zhì)的影響;通過對主鏡組件的力熱耦合分析,研究了主鏡柔性支撐簧片厚度與高度對主鏡面形的影響.研究結(jié)果表明:對于本文的長圓形主鏡,采用正六邊形輕量化孔,鏡體結(jié)構(gòu)剛性品質(zhì)最好,正方形次之,正三角形最差;主鏡鏡體厚度存在最佳值;主鏡組件在1g重力、均勻溫升4℃共同作用的工況下,主鏡柔性支撐簧片厚

3、度越小、高度越高,主鏡綜合面形誤差(P-V值)越小,但同時主鏡組件的剛體位移增大、固有頻率下降,因此柔性支承結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定要綜合考慮主鏡的綜合面形誤差和主鏡組件靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度、靜態(tài)強度和動態(tài)強度等因素.為了滿足主鏡的設計約束條件,主鏡柔性支撐簧片厚度設計的較薄(1.3mm),因此有必要對主鏡組件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行校核.計算表明,在發(fā)射過載條件下,主鏡組件不會失穩(wěn).主鏡組件能否經(jīng)受住地面運輸和空間發(fā)射階段動力環(huán)境的考驗,是主鏡組件設計校