發(fā)布時(shí)間：2017-10-18 18:34

  本文關(guān)鍵詞：基于帶狀彈簧的薄膜主鏡支撐及自展開機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與檢測(cè)

  更多相關(guān)文章： 自展開機(jī)構(gòu) 帶狀彈簧 應(yīng)變能分析 模態(tài)分析 PSD位置傳感器 重復(fù)定位精度

【摘要】：目前,展開機(jī)構(gòu)在航空、航天領(lǐng)域越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用,其中,可展開望遠(yuǎn)鏡由于發(fā)射時(shí)所占體積小,發(fā)射成本低,成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。本文設(shè)計(jì)了一種基于帶狀彈簧的薄膜主鏡支撐自展開機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)以薄膜光子篩為衍射元件,該機(jī)構(gòu)壓縮后所占體積較小,可以應(yīng)用于微衛(wèi)星平臺(tái)。在衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程中,帶狀彈簧壓縮,機(jī)構(gòu)處于壓縮狀態(tài),當(dāng)達(dá)到預(yù)定軌道后,機(jī)構(gòu)在地面指令控制作用下自動(dòng)展開,進(jìn)入工作狀態(tài)。這種自展開衍射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)具有大口徑、高分辨率、結(jié)構(gòu)輕量化、空間可展開、公差要求低、易復(fù)制的特點(diǎn),具有較好的應(yīng)用前景。本文首先建立基于帶狀彈簧的自展開機(jī)構(gòu)的三維模型,并分析其工作原理。對(duì)動(dòng)力元件帶狀彈簧的卷曲應(yīng)變能進(jìn)行分析,合理選擇帶狀彈簧的厚度與向心角。對(duì)薄膜主鏡進(jìn)行靜力學(xué)分析,其面外變形量最大為3.26?m,滿足光程差小于?/10,滿足精度要求。對(duì)機(jī)構(gòu)整體進(jìn)行模態(tài)分析,得到機(jī)構(gòu)基頻為17.3Hz,可以預(yù)測(cè)展開后機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性,發(fā)現(xiàn)自展開機(jī)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)在帶狀彈簧處,為改進(jìn)工作提供依據(jù)。然后提出一種測(cè)量薄膜主鏡重復(fù)定位精度的方法,即檢測(cè)薄膜主鏡六自由度變化量。該測(cè)量系統(tǒng)基于位置敏感探測(cè)器(PSD),包含三個(gè)半導(dǎo)體激光器、三個(gè)小反射鏡、三個(gè)PSD傳感器,利用光線追跡方法推導(dǎo)了影響薄膜主鏡失調(diào)量與PSD輸出值的方程組。最后進(jìn)行機(jī)構(gòu)的壓縮、展開實(shí)驗(yàn),觀察其展開效果,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量薄膜主鏡的六自由度變化量,驗(yàn)證其失調(diào)量大小是否滿足衍射成像系統(tǒng)的要求。
【關(guān)鍵詞】：自展開機(jī)構(gòu) 帶狀彈簧 應(yīng)變能分析 模態(tài)分析 PSD位置傳感器 重復(fù)定位精度
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V423
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 課題研究背景及意義12
• 1.2 航天領(lǐng)域已有的可展開機(jī)構(gòu)12-15
• 1.3 展開望遠(yuǎn)鏡新的結(jié)構(gòu)形式15-17
• 1.4 衍射望遠(yuǎn)鏡發(fā)展現(xiàn)狀17-21
• 1.5 本文主要工作21-22
• 第2章 基于帶狀彈簧的自展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)22-30
• 2.1 自展開機(jī)構(gòu)工作原理22-25
• 2.1.1 基于帶狀彈簧的自展開機(jī)構(gòu)工作原理22-23
• 2.1.2 約束/釋放機(jī)制的設(shè)計(jì)23-25
• 2.2 自展開機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-29
• 2.2.1 機(jī)構(gòu)重要組件的設(shè)計(jì)25-28
• 2.2.2 檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)28-29
• 2.3 本章小結(jié)29-30
• 第3章 基于帶狀彈簧的自展開機(jī)構(gòu)力學(xué)分析30-46
• 3.1 薄膜主鏡設(shè)計(jì)與分析30-32
• 3.2 帶狀彈簧應(yīng)變能分析32-38
• 3.2.1 各向同性材料本構(gòu)關(guān)系32-34
• 3.2.2 彎曲應(yīng)變能與拉伸應(yīng)變能34-38
• 3.3 自展開機(jī)構(gòu)展開后的模態(tài)分析38-40
• 3.4 有限元法求解系統(tǒng)固有頻率40-44
• 3.4.1 利用有限元軟件求解系統(tǒng)固有頻率的步驟40-41
• 3.4.2 基于帶狀彈簧自展開機(jī)構(gòu)的模態(tài)分析41-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第4章 自展開機(jī)構(gòu)重復(fù)定位精度計(jì)算原理46-56
• 4.1 位置敏感探測(cè)器（PSD）46-48
• 4.1.1 PSD工作原理與應(yīng)用46-47
• 4.1.2 PSD的主要性能參數(shù)47-48
• 4.2 薄膜主鏡失調(diào)量測(cè)量方案設(shè)計(jì)48-50
• 4.2.1 測(cè)量方案設(shè)計(jì)48-49
• 4.2.2 測(cè)量方案分析49-50
• 4.3 薄膜主鏡失調(diào)量計(jì)算方法50-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第5章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證56-66
• 5.1 帶狀彈簧參數(shù)的選擇56-59
• 5.1.1 帶狀彈簧卷曲過(guò)程有限元數(shù)值模擬56
• 5.1.2 帶狀彈簧應(yīng)變能影響因素56-59
• 5.2 基于帶狀彈簧的自展開機(jī)構(gòu)的展開實(shí)驗(yàn)59-62
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置59-60
• 5.2.2 展開實(shí)驗(yàn)60-62
• 5.3 薄膜主鏡失調(diào)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)62-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 第6章 結(jié)論與展望66-70
• 6.1 論文的主要研究成果與創(chuàng)新之處66-67
• 6.2 下一步工作計(jì)劃與展望67-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況74-75
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介75-76
• 致謝76

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