本文關(guān)鍵詞：空間離軸相機(jī)光機(jī)結(jié)構(gòu)輕型優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：離軸三反消象散系統(tǒng)具有長(zhǎng)焦距、大視場(chǎng)、寬波段等優(yōu)點(diǎn),因而被廣泛地應(yīng)用于空間光學(xué)遙感器中。隨著空間技術(shù)的發(fā)展,高分辨率、寬覆蓋已成為空間相機(jī)的一大發(fā)展趨勢(shì),使得相機(jī)的口徑和質(zhì)量不斷增大。與此同時(shí),輕小型遙感衛(wèi)星對(duì)空間星載儀器的重量和性能提出了更高的要求,致使空間相機(jī),特別是大口徑離軸相機(jī)的輕型優(yōu)化設(shè)計(jì)面臨重大挑戰(zhàn)。本文根據(jù)空間相機(jī)的光機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),針對(duì)輕小衛(wèi)星相機(jī)質(zhì)量更輕、性能更好的設(shè)計(jì)要求,對(duì)空間離軸相機(jī)光機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了輕型優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先,從反射鏡材料、支撐形式,相機(jī)光機(jī)結(jié)構(gòu)形式等方面簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外空間相機(jī)的發(fā)展概況及趨勢(shì),并介紹了光機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中兩種常用的優(yōu)化方法和技術(shù),拓?fù)鋬?yōu)化方法和集成優(yōu)化技術(shù)。進(jìn)一步闡明了本課題研究的主要內(nèi)容和意義。其次,對(duì)相機(jī)中的主、次、三鏡進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。對(duì)空間反射鏡提出背部中心支撐方式,通過(guò)對(duì)相機(jī)中的各反射鏡采用該種支撐方式,既降低了支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度,又減小了反射鏡組件的總重量。利用集成優(yōu)化技術(shù)對(duì)反射鏡進(jìn)行優(yōu)化,在減小鏡體質(zhì)量的同時(shí)進(jìn)一步提高了反射鏡的面形精度。對(duì)反射鏡組件的動(dòng)、靜力學(xué)性能進(jìn)行仿真分析,以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性,結(jié)果表明各反射鏡組件的動(dòng)、靜力學(xué)性能均滿足設(shè)計(jì)要求。然后,對(duì)相機(jī)主支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕型優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)主支撐結(jié)構(gòu)中的大質(zhì)量部件后基板進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),以減小支撐結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。對(duì)桁架系統(tǒng)利用集成優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)對(duì)桁架桿進(jìn)行布局優(yōu)化和截面優(yōu)化,提高了桁架系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)剛度。對(duì)整機(jī)模型進(jìn)行動(dòng)、靜力學(xué)仿真,以檢驗(yàn)主支撐結(jié)構(gòu)的可靠性,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜態(tài)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。最后,以Ф500mm口徑的Si C圓形反射鏡為例,研究了空間反射鏡背部中心支撐特性,分析了反射鏡及支撐結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)反射鏡性能的影響,為空間反射鏡背部中心支撐的設(shè)計(jì)研究提供思路和參考。
【關(guān)鍵詞】：空間光學(xué)遙感器 離軸三反相機(jī) 空間反射鏡 輕量化 集成優(yōu)化 仿真分析
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 引言13
• 1.2 空間相機(jī)概述13-24
• 1.2.1 反射鏡材料簡(jiǎn)介13-18
• 1.2.2 反射鏡支撐形式18-21
• 1.2.3 空間相機(jī)主支撐結(jié)構(gòu)形式21-23
• 1.2.4 空間相機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)23-24
• 1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介24-28
• 1.3.1 拓?fù)鋬?yōu)化方法24-25
• 1.3.2 集成優(yōu)化技術(shù)25-28
• 1.4 課題來(lái)源及研究意義28-29
• 1.4.1 課題背景及來(lái)源28
• 1.4.2 課題研究的意義28-29
• 第2章 主鏡組件超輕量化設(shè)計(jì)29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 主鏡超輕量化設(shè)計(jì)29-32
• 2.2.1 鏡體結(jié)構(gòu)初始模型29-30
• 2.2.2 變筋厚設(shè)計(jì)30-31
• 2.2.3 變筋高設(shè)計(jì)31-32
• 2.3 主鏡集成優(yōu)化32-34
• 2.3.1 集成優(yōu)化問(wèn)題32
• 2.3.2 優(yōu)化過(guò)程32-33
• 2.3.3 優(yōu)化結(jié)果與分析33-34
• 2.4 主鏡組件分析34-38
• 2.4.1 柔性支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)34-35
• 2.4.2 靜力學(xué)分析35-37
• 2.4.3 動(dòng)力學(xué)分析37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第3章 次鏡組件輕量化設(shè)計(jì)39-45
• 3.1 引言39
• 3.2 次鏡輕量化設(shè)計(jì)39-41
• 3.2.1 輕量化方案39-40
• 3.2.2 變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)40
• 3.2.3 集成優(yōu)化與分析40-41
• 3.3 次鏡組件性能分析41-44
• 3.3.1 柔性支撐結(jié)構(gòu)41-42
• 3.3.2 仿真分析與評(píng)價(jià)42-43
• 3.3.3 方案的比較與選擇43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 三鏡組件輕型優(yōu)化設(shè)計(jì)45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 三鏡結(jié)構(gòu)輕型優(yōu)化設(shè)計(jì)45-46
• 4.2.1 支撐方式選擇45-46
• 4.2.2 輕量化結(jié)構(gòu)形式46
• 4.3 三鏡集成優(yōu)化46-49
• 4.3.1 變量擴(kuò)展46-47
• 4.3.2 變量轉(zhuǎn)化47-48
• 4.3.3 多目標(biāo)集成優(yōu)化48
• 4.3.4 優(yōu)化結(jié)果與分析48-49
• 4.4 三鏡組件分析49-54
• 4.4.1 柔性支撐結(jié)構(gòu)49-50
• 4.4.2 組件對(duì)比分析50-51
• 4.4.3 可靠性分析51-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 主支撐結(jié)構(gòu)輕型優(yōu)化設(shè)計(jì)55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 后基板拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)55-57
• 5.2.1 后基板初始結(jié)構(gòu)55-56
• 5.2.2 拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)56-57
• 5.3 桁架系統(tǒng)集成優(yōu)化57-60
• 5.3.1 桁架支撐結(jié)構(gòu)57-58
• 5.3.2 桿布局優(yōu)化58-59
• 5.3.3 桿截面優(yōu)化59-60
• 5.4 整機(jī)分析60-63
• 5.4.1 靜力學(xué)分析60-61
• 5.4.2 動(dòng)力學(xué)分析61-63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 第6章 反射鏡背部中心支撐特性研究65-79
• 6.1 引言65
• 6.2 反射鏡結(jié)構(gòu)分析65-72
• 6.2.1 輕量化結(jié)構(gòu)選擇65-67
• 6.2.2 支撐孔直徑分析67-69
• 6.2.3 背部形狀分析69-70
• 6.2.4 支撐深度分析70-72
• 6.3 支撐結(jié)構(gòu)分析72-76
• 6.3.1 支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72-73
• 6.3.2 螺栓圓半徑分析73-74
• 6.3.3 切槽深度分析74-75
• 6.3.4 支撐長(zhǎng)度分析75-76
• 6.4 背部中心支撐的最大適用口徑76-78
• 6.5 本章小結(jié)78-79
• 第7章 總結(jié)與展望79-81
• 7.1 全文總結(jié)79-80
• 7.1.1 完成的主要工作79-80
• 7.1.2 取得的創(chuàng)新成果80
• 7.2 研究展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況87-89
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介89-91
• 致謝91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1112278