CO2探测仪前置系统光机结构设计及分析

CO2探测仪前置系统光机结构设计及分析

论文摘要

伴随人类工业文明的发展, CO2等温室气体对自然界和人类社会的影响越来越大,引发人们的广泛关注和担忧。开发空间高分辨率CO2监测卫星以研究大气中CO2的来源、分布以及迁移转化机理,从而采取相应的措施加以控制,对于人类及生态环境的意义深远。作为CO2监测卫星的重要载荷,CO2探测仪对预设重要技术指标的实现具有重大影响。论文对CO2探测仪前置系统光机设计进行了研究,通过CAE平台建立结构的三维模型,利用有限元方法分析结构设计的正确性,主要完成的内容如下:1)利用拓扑优化方法对各反射镜进行轻量化设计,针对高面形精度要求,设计了一种新的背部中心单点挠性支撑结构形式,应用于主镜和次镜组件的结构设计上。这种结构能够保证镜面具有很高共轴精度,组件具有良好动态特性以及温度载荷下的高面形精度。2)用变密度法对镜筒进行拓扑优化,研究镜筒加强筋的合理布局。3)针对折转镜支撑点受镜筒影响产生不均匀热变形,设计了一种三层挠性的三点周边支撑结构,这种结构能有效抵抗热载荷作用,同时具备良好的动态特性。4)完成了一种多个透镜组合安装的轴向挠性结构的设计,结构具备良好的热尺寸稳定性。5)用有限元方法对前置系统整机进行动力学分析,考察系统的动态特性,分析内容包括模态分析、谐响应分析和随机振动分析,结合设计指标,检验了结构设计的合理性。6)对前置系统整机进行了光机热一体化分析。首先通过有限元软件求解整机结构在多个温度载荷下的热响应,利用光机接口软件处理热弹性变形结果,将各镜面的刚体位移、转角和拟合镜面多项式作为已知条件输入到光学分析软件,求解对应温度载荷作用下前置系统的离焦量,绘制系统的温度调焦曲线,为光学系统补偿焦距提供参考。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 2探测仪研究背景及意义'>1.1 CO2探测仪研究背景及意义
  • 2探测仪国内外发展现状'>1.2 CO2探测仪国内外发展现状
  • 1.3 研究内容和技术路线
  • 2探测仪前置系统光机设计思路'>第2章 CO2探测仪前置系统光机设计思路
  • 2探测仪工作的力学环境'>2.1 CO2探测仪工作的力学环境
  • 2.2 动力学分析简介
  • 2.3 光机结构设计总体思路
  • 2.4 前置系统光学布局
  • 2.5 前置系统光机结构设计的技术指标要求
  • 2.6 光机结构总体布局方案
  • 2.7 本章小结
  • 第3章 望远镜系统光机结构设计分析
  • 3.1 小口径反射镜支撑结构的设计原则和常见形式
  • 3.2 主反射镜组件的设计与分析
  • 3.3 望远镜筒结构设计分析
  • 3.4 折转镜组件结构设计分析
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 分光通道设计分析
  • 4.1 透镜的固定安装方式
  • 4.2 透镜结构参数确定及计算方法
  • 4.3 常见的光机界面类型
  • 4.4 分光通道结构设计分析
  • 4.5 分光通道工程分析
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 前置系统装配体动力学分析
  • 5.1 模态分析
  • 5.2 谐响应分析
  • 5.3 随机振动分析
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 前置系统光机热一体化分析
  • 6.1 光机热一体化分析方法简介
  • 6.2 面形分析计算
  • 6.3 不同温度载荷作用下光学系统离焦量计算
  • 6.4 本章小结
  • 第7章 结论与展望
  • 7.1 结论
  • 7.2 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
  • 相关论文文献

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