為解決空間反射鏡鏡體質量和面形精度在輕量化設計過程中會引起相互沖突的問題,針對某型離軸三反光學系統(tǒng)的長條形主反射鏡進行了結構優(yōu)化設計研究,提出了一種基于Si C材料的中心支撐的輕量化結構,同時引入了多目標集成優(yōu)化方法,以鏡體質量（Mass）和面形（RMS）同時作為優(yōu)化目標,得到一個反射鏡最佳結構模型,其質量為2.32kg,輕量化率達到了73.8%;然后,對反射鏡支撐結構進行了結構設計和說明,并對該組件進行了仿真分析,在X、Y、Z三軸方向1 g重力工況下的RMS值分別達到2.5 nm、2.2 nm、7.3 nm,4℃均勻溫升載荷工況下的RMS值為3.2 nm,遠小于設計要求的RMS≤λ/50（λ=632.8 nm）,滿足設計要求。 

【文章來源】：光電工程. 2020,47(08)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

反射鏡的初步設計幾何結構模型

目前，在反射鏡的結構設計過程中，單目標集成優(yōu)化方法已較為成熟，例如以鏡體結構參數(shù)為設計變量，以反射鏡柔性變形為設計約束，并以鏡體質量或體積為設計目標(或優(yōu)化目標)，可得到較優(yōu)結構模型，但往往得不到發(fā)展全局最優(yōu)解，造成系統(tǒng)設計研究空間的極大浪費。為了解決該問題，應考慮兼顧Mass和RMS的最小化兩個方面，充分利用設計空間，找到全局最優(yōu)解，獲得更好的設計綜合指標的結果。文中反射鏡Z向(軸向)自重變形相比X向和Y向更顯著，其RMS值也較難滿足設計要求。因此，將Z向重力工況下的RMS值和Mass同時作為優(yōu)化目標，而將X向和Y向重力工況下的RMS值作為約束條件，結合表2的設計變量，進行優(yōu)化設計。本文選用HyperStudy軟件進行多目標優(yōu)化，優(yōu)化算法采用軟件推介的全局響應面算法(global response surface method,GRSM)，該算法默認是處理多目標優(yōu)化問題的，原理是內部建立響應面，每次迭代都會生成新的全局搜索而得到的設計點，利用新的設計點來更新此響應面，在最佳響應面上搜索出最優(yōu)點，因而可獲得很好的模型擬合，具有高效和實用特點。圖3為多目標集成優(yōu)化流程圖。

反射鏡柔性支撐結構包括錐套、柔性元件、背板、過渡角板等。如圖4所示，錐套是有一定錐度的套筒，具有一定的中心對稱的徑向尺寸變形，與反射鏡膠接，并將反射鏡與支撐結構連接起來，其材料必須采用與反射鏡線脹系數(shù)相匹配的殷鋼(Invar)；如圖5所示，柔性元件采用一種雙軸圓弧柔性鉸鏈結構，具有體積小、無機械摩擦、無間隙和高靈敏度傳動的特點，可通過自身的變形來改善鏡面由于熱應力所造成的面形誤差[15]。該柔性元件分別連接錐套和背板，起到過渡作用，其材料則可以選用強度較高的鈦合金(TC4)；背板選用高體份材料(SiC/Al)，進行輕量化后，再通過過渡角板與相機整體固定連接；過渡角板僅起連接作用，圖4未給出具體結構形式。圖4 體支撐結構爆炸圖

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3392677