空间相机2m口径SiC主镜的轻量化及支撑结构设计与分析

论文摘要

在空间相机中，主镜不仅直接决定空间相机的光学性能，而且影响空间相机的力学特性、热稳定性以及相机的制造难度和成本。因此，主镜的设计必然成为空间相机研制过程中最重要的一个环节，而主镜设计最重要的部分就是轻量化和支撑。由于运载火箭能力以及航天器制造难度和成本等多方面的限制，航天器的有效载荷需要严格控制，所以减轻空间相机的主镜及其支撑组件的整体重量，能够降低发射的难度，提高升空的可行性。从另一个方面讲，主镜在做地面试验时，受重力影响会导致面形精度下降，较轻的主镜质量利于降低重力的影响，使支撑结构的设计难度减小。而支撑结构必须保证主镜组件整体的力学特性和热稳定性，使其在地面试验和空间工作时，主镜的面形误差满足精度要求，保证相机的成像质量。本文主要研究了直径2m的空间相机SiC主镜的轻量化及其支撑结构设计。运用CAD和CAE的方法设计分析了主镜及其支撑结构，运用基于ISIGHT的优化方法优化设计了主镜的轻量化结构和支撑结构的各个重要参数。本文提出了新型的阶梯型双拱式SiC主镜设计，并针对该主镜设计了两种十八点背部支撑方式。设计优化了圆筒开槽的柔性元件，使其在2m口径主镜的热分析中表现良好，有效的降低了环境温度变化对主镜面形精度的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 空间相机主镜的研究现状
• 1.3 空间相机主镜的发展趋势
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 优化分析的基础理论
• 2.1 有限元仿真分析理论
• 2.2 面形精度的最小二乘法拟合
• 2.3 基于 ISIGHT 的设计优化理论
• 2.4 本章小结
• 第三章 主镜的轻量化设计与分析
• 3.1 主镜的技术指标
• 3.2 主镜材料的选择
• 3.3 主镜基本形状的确定
• 3.4 基于 ISIGHT 的主镜轻量化优化设计
• 3.5 主镜的二次优化
• 3.6 本章小结
• 第四章 主镜的支撑结构设计与分析
• 4.1 总体支撑方案设计
• 4.2 柔性支撑元件设计
• 4.3 各支撑部件材料选择
• 4.4 有限元仿真与分析
• 4.5 总体支撑方案二次设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 在学期间学术成果情况
• 指导教师及作者简介
• 致谢