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構參數的確定.即,通過對常用主鏡材料的抗熱變形品質

2、因數和綜合品質因數的定量分析,科學地完成了主鏡的選材;應用有限元分析方法,借助于結構剛性品質因數的概念,研究了主鏡輕量化孔的形狀和主鏡厚度對鏡結構剛性品質的影響;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,鏡體結構剛性品質最好,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,因此柔性支承結構參數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構穩(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