本文關(guān)鍵詞：空間大口徑光學(xué)主鏡展開機(jī)構(gòu)設(shè)計

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【摘要】：隨著空間科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,空間大口徑光學(xué)相機(jī)在深空探測、對地觀測等方面發(fā)揮著重要作用。分塊式可展開光學(xué)主鏡是目前大口徑光學(xué)相機(jī)的發(fā)展趨勢,是突破相機(jī)大口徑難題的有效技術(shù)途徑。本文提出一種新型空間大口徑光學(xué)主鏡可展開機(jī)構(gòu),光學(xué)主鏡為環(huán)扇形分塊式,并由三個可折展三棱柱支撐臂支撐。對光學(xué)主鏡可展開機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,對光學(xué)主鏡可展開單元進(jìn)行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析,研制出光學(xué)主鏡可展開機(jī)構(gòu)的原理樣機(jī)并進(jìn)行試驗與測試分析,驗證可展開機(jī)構(gòu)的展開性能。提出一種由三棱柱可折展桁架式支撐臂和環(huán)扇形分塊式可展開光學(xué)主鏡構(gòu)成的空間大口徑光學(xué)主鏡可展開機(jī)構(gòu)。進(jìn)行分塊式大口徑光學(xué)主鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計,包括主鏡分塊數(shù)量的優(yōu)選、主鏡連接鎖緊鉸鏈的設(shè)計、主鏡聯(lián)動裝置的設(shè)計。設(shè)計可重復(fù)折展的支撐臂,并對其折展、鎖緊原理進(jìn)行分析。將主鏡可展開單元抽象為空間可展開7R機(jī)構(gòu),采用空間幾何的方法分析主鏡可展單元各邊角的關(guān)系,采用改進(jìn)型D-H法建立機(jī)構(gòu)的CFD-H坐標(biāo)系,進(jìn)一步得到主鏡可展單元機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣可得到主鏡可展單元任意點相對于基坐標(biāo)的軌跡、速度及加速度曲線。同時,在ADAMS軟件中建立空間7R機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)模型,運(yùn)動學(xué)分析結(jié)果與CFD-H計算結(jié)果一致,說明所采用的改進(jìn)型D-H法分析主鏡可展單元的運(yùn)動學(xué)特性是可行的。在運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)得出主鏡可展單元的拉格朗日函數(shù),計算可展單元勻速展開時所需的力矩,并通過仿真驗證理論計算的正確性。建立主鏡連接鉸鏈的動力學(xué)模型,驗證所設(shè)計鉸鏈展開鎖緊的可靠性,進(jìn)一步建立整個主鏡可展開機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型,分析考慮回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)摩擦阻尼及桿件柔性時,主鏡可展機(jī)構(gòu)的展開動力學(xué)特性。研制光學(xué)主鏡可展開機(jī)構(gòu)的原理樣機(jī),對整個樣機(jī)進(jìn)行展開功能驗證試驗,驗證主鏡及支撐臂的展開性能。對支撐臂進(jìn)行靜剛度試驗、重復(fù)展開精度試驗及模態(tài)測試;對光學(xué)主鏡進(jìn)行展開型面精度試驗、模態(tài)測試;試驗結(jié)果與仿真一致。這些將對空間大口徑光學(xué)系統(tǒng)可展開機(jī)構(gòu)的設(shè)計提供思路及數(shù)據(jù)支持。
【關(guān)鍵詞】：大口徑光學(xué)主鏡 可展開機(jī)構(gòu) 運(yùn)動學(xué) 動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V445.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 課題來源及研究背景和意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析10-20
• 1.2.1 空間可展開光學(xué)主鏡的發(fā)展現(xiàn)狀10-16
• 1.2.2 光學(xué)主鏡分塊展開技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.2.4 光學(xué)主鏡支撐機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀18-20
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 大口徑光學(xué)主鏡可展開機(jī)構(gòu)設(shè)計22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 可展開機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計22-23
• 2.3 光學(xué)主鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計23-31
• 2.3.1 光學(xué)主鏡分塊數(shù)量的分析選擇24-28
• 2.3.2 主鏡連接鎖緊鉸鏈的設(shè)計28-29
• 2.3.3 主鏡聯(lián)動裝置設(shè)計29-31
• 2.4 可折展支撐臂設(shè)計31-36
• 2.4.1 支撐臂展開原理分析31-33
• 2.4.2 支撐臂結(jié)構(gòu)設(shè)計33-36
• 2.5 本章小結(jié)36-38
• 第3章 光學(xué)主鏡可展機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析38-53
• 3.1 引言38
• 3.2 主鏡可展單元幾何特性分析38-43
• 3.3 主鏡可展單元的運(yùn)動學(xué)分析43-52
• 3.3.1 坐標(biāo)系的建立43-45
• 3.3.2 坐標(biāo)變換45-48
• 3.3.3 軌跡、速度、加速度分析48-51
• 3.3.4 ADAMS運(yùn)動學(xué)仿真51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 光學(xué)主鏡的動力學(xué)特性分析53-64
• 4.1 引言53
• 4.2 主鏡可展單元剛體動力學(xué)分析53-59
• 4.2.1 模型的建立53-57
• 4.2.2 計算與分析57-59
• 4.3 主鏡可展開機(jī)構(gòu)ADAMS動力學(xué)仿真分析59-63
• 4.3.1 模型的建立59-61
• 4.3.2 仿真與分析61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第5章 光學(xué)主鏡可展開機(jī)構(gòu)樣機(jī)研制及試驗分析64-77
• 5.1 引言64
• 5.2 光學(xué)主鏡可展開機(jī)構(gòu)展開驗證試驗64-67
• 5.2.1 可展開機(jī)構(gòu)樣機(jī)研制64-65
• 5.2.2 原理樣機(jī)展開功能試驗65-67
• 5.3 可展開機(jī)構(gòu)精度試驗67-70
• 5.3.1 支撐臂重復(fù)展開精度測試67-69
• 5.3.2 光學(xué)主鏡展開型面精度測量69-70
• 5.4 支撐臂靜剛度測試70-73
• 5.4.1 軸向壓縮剛度試驗70-71
• 5.4.2 彎曲剛度試驗71-73
• 5.5 可展開機(jī)構(gòu)動力學(xué)試驗73-76
• 5.5.1 支撐臂模態(tài)試驗測試73-74
• 5.5.2 主鏡模態(tài)試驗測試74-76
• 5.6 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論77-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果83-85
• 致謝85

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