空间相机小型反射镜周边支撑结构研究

论文摘要

空间相机是航天遥感卫星的重要有效载荷,组成其光学系统的各光学元件在地面试验、发射及在轨飞行状态都达到精度指标要求，是满足光学系统成像质量要求的基本条件。由于光学系统精度要求较高，重力、温度、压强等外界环境因素的变化易导致反射镜面形改变以及各光学元件间位置及倾角的变化，影响光学系统成像质量。因此要求反射镜支撑结构能保证反射镜在各工况条件下满足指标要求，同时具备良好的静态特性和力学性能。本文讨论的是空间相机小型反射镜一种周边支撑结构的设计，主要包括以下几个方面：1.对反射镜及支撑结构的材料进行选择，在满足使用要求的前提下，考虑材料的密度、弹性模量、线胀系数等物理特性；2.反射镜支撑方式的选择。根据反射镜外形、尺寸特性及使用要求，选择周边支撑方式；根据半运动学定位原理，实现对反射镜六自由度的全约束；3.采用挠性叶片安装框的原理和柔性铰链参数的设计方法，对反射镜支撑结构进行设计；4.建立反射镜组件的有限元模型，对反射镜支撑结构进行分析验证及关键部位的优化设计；5.对反射镜组件进行力学试验和真空热循环试验验证，测试试验对反射镜面形精度的影响，验证支撑结构的有效性。经过上述分析及设计，设计出一种反射镜周边支撑结构，分析在不同重力方向和温度条件下，反射镜面形变化量PV≤λ/10，RMS≤λ/50，位置及角度变化量都在允差范围内；力学及真空热循环试验后，面形测试数值未发生变化。验证结果表明：反射镜支撑结构能够保证反射镜面形及位置精度，同时具有良好的静动态特性，满足设计及使用要求。对于其它相近外形尺寸的小型反射镜，此支撑结构具有借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 空间相机的特点和发展趋势
• 1.3 国内外空间相机发展状况
• 1.3.1 国外空间相机发展状况
• 1.3.2 中国空间相机发展状况
• 1.4 课题来源概述
• 1.5 本文所讨论的内容、目的及意义
• 1.6 本文采用的技术手段
• 第2章 反射镜的设计
• 2.1 常见的光学系统介绍
• 2.1.1 折射式光学系统
• 2.1.2 折射-反射式光学系统
• 2.1.3 同轴反射光学系统
• 2.1.4 离轴三反光学系统
• 2.1.5 几种光学系统性能比较
• 2.2 反射镜的设计
• 2.2.1 反射镜材料的选择
• 2.2.2 反射镜外形设计
• 2.2.3 反射镜支撑方式的选择
• 2.2.4 反射镜膜层设计
• 第3章 反射镜支撑结构设计
• 3.1 反射镜整体式支撑结构设计（方案一）
• 3.1.1 反射镜整体式支撑结构设计
• 3.1.2 有限元建模分析简介
• 3.1.3 反射镜整体式支撑结构有限元分析
• 3.2 反射镜柔性支撑结构设计（方案二）
• 3.2.1 反射镜柔性式支撑结构的方案设计
• 3.2.2 反射镜柔性支撑结构设计
• 3.2.3 反射镜柔性支撑结构有限元分析
• 3.3 反射镜组件装配
• 第4章 试验验证
• 4.1 反射镜组件真空热循环试验
• 4.2 反射镜组件力学环境试验
• 4.2.1 反射镜组件试验状态
• 4.2.2 反射镜组件力学试验条件
• 4.2.3 反射镜组件试验结果及分析
• 4.2.4 力学试验后反射镜面形测试
• 4.2.5 空间相机试验的验证
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 本文的创新点
• 5.3 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