论文摘要
本文结合大型空间光学遥感器光学系统的热环境尺寸稳定性研究工作,阐述了运用光、机、热一体化设计方法对空间光学遥感器进行热设计的重要性,及其对工程设计工作的指导意义。对目前国内外光学遥感器热设计及热控制技术进行了介绍,比较了目前常用的几种热分析评价方法,采用热光学集成分析法对空间光学遥感器进行热分析。结合航天器在轨热分析理论,使用I-DEAS热仿真软件建立了光学遥感器光学系统的热计算模型,计算了其在太阳同步轨道冬至和春分两个工况下的温度场,得到了影响温度场的主要因素,提出了热控制的原则;在基于热-结构耦合理论基础上,使用MSC Patran软件建立了遥感器主镜中心镜以及分块镜组件的有限元模型;计算了不同三点约束位置下中心镜的热变形,比较得到了约束位置对中心镜热变形的影响规律,确定了对中心镜热变形影响最小的约束位置;计算了不同温度梯度和热浸透温度下中心镜的热变形,分析了不同温度环境对镜面变形的影响,得到了不同温度环境对中心镜的尺寸稳定性的影响规律;通过计算两种不同材料的中心镜的热变形,发现材料的热膨胀系数是对中心镜的热变形影响最大的因素。这些为光学系统的热控提供了分析依据。结合光、机、热集成分析方法,阐述了Zernike多项式的拟合原理和方法;采用非球面二次曲面方程对不同温度环境下的中心镜热变形进行了拟合,得到了相应的曲面方程,为进一步的光学分析提供输入条件,得到了不同温度环境对曲面方程顶点曲率半径的影响程度。目前国内对光、机、热集成分析的方法还未大力开展,本文在这方面进行了尝试,在理论研究和实际应用方面奠定了一定的基础。