光学反射镜组件结构尺寸稳定性分析

论文摘要

空间光学遥感器是一种应用于空间环境的精密光学仪器,是实现空间对地观测的重要手段之一,具有明显的社会、经济效益,目前已受到各国政府、公众和航天科技界的重视。它对光学元件之间的相对位置以及光学元件的表面形状都有很高的要求,保证光学遥感器系统结构的尺寸稳定性是获得高质量成像的重要前提。然而,空间光学遥感器在发射和运载时所经受的力学环境,常常会使在地面状态下装调良好的尺寸稳定性发生变化,给遥感器的正常成像带来隐患。空间光学遥感器在运载和发射过程中所经受的力学环境,主要有冲击、振动和过载,它直接影响光学遥感器的尺寸稳定性,进而影响空间光学遥感器是否能够准确成像,同时还有静力学环境和热环境。本文研究了反射镜组件在动力学环境下,如何在保证系统刚度和强度的同时对空间光学反射镜的结构进行最大程度的轻量化,并使结构的刚度和强度满足设计要求。针对空间光学遥感器的设计要求开展以下几项工作：1、通过对反射镜材料的性能分析比较,确定了反射镜的材料,在此基础上对反射镜的轻量化孔进行了设计与分析,并选定了轻量化孔的形式,为轻量化的实施奠定了基础。2、对支撑结构进行了合理的设计,在此基础上依据等效原则建立了空间光学遥感器的几何模型,并利用几何模型建立了有限元模型。3、对结构进行了静力学和热弹性分析,为使系统结构满足成像要求,支撑结构具有良好的刚度和强度,本文采用了柔性铰链支撑结构,并对柔性铰链支撑结构进行了合理的结构参数设计。4、对反射镜及其组件进行了模态分析,结果表明反射镜结构刚度较好,可以有效避开遥感器运动部件引起的振动,从而保证反射镜面形精度,并最终保证相机成像质量。5、对反射镜及其组件进行了低频正弦振动响应分析,并得出了相应的响应曲线最大应力值和最大加速度值发生的位置。6、对反射镜及其组件进行了随机振动响应分析,并得出了相应的响应曲线最大值所在的位置。研究结果表明：反射镜及其组件的设计满足设计要求,在残酷的动力学环境下,能够更好的保证光学元件的稳定和空间光学遥感器的成像质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 空间光学遥感器概念的形成与发展
• 1.3 遥感器的工作机理及流程
• 1.4 空间光学遥感器的特点
• 1.5 空间光学遥感器的国外发展
• 1.6 国内空间光学遥感器的发展状况
• 1.7 本文研究的主要内容
• 1.8 本章小结
• 第二章 光学遥感器力学环境分析
• 2.1 概述
• 2.2 载荷工况
• 2.3 评价指标
• 2.4 振源环境效应
• 2.5 本章小结
• 第三章 有限元方法
• 3.1 有限元法概述
• 3.2 有限元法分析的基本步骤
• 3.3 三维六面体网格理论分析
• 3.4 三维六面体网格精度分析
• 3.5 六面体网格的生成方法
• 3.6 本章小结
• 第四章 反射镜轻量化及其支撑结构设计
• 4.1 反射镜轻量化结构设计与分析
• 4.2 反射镜支撑方式设计
• 4.3 反射镜组件几何模型及有限元模型
• 4.4 反射镜及其组件的静力学分析
• 4.5 柔性支撑结构优化设计
• 4.6 优化后反射镜的面形分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 反射镜组件动力学分析
• 5.1 动力学分析概念
• 5.2 动力学分析的目的
• 5.3 动力学分析过程
• 5.4 边界条件的确定
• 5.5 反射镜组件动力学特性分析
• 5.6 低频正弦扫描振动分析结果
• 5.7 随机振动工况分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 反射镜组件振动试验
• 6.1 振动试验原理
• 6.2 相关试验条件
• 6.3 试验流程
• 6.4 试验结果
• 6.5 振动台实测数据结果及误差分析
• 6.6 误差分析
• 6.7 本章小结
• 第七章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果