為了探究宇宙起源與演化過程,大口徑巡天望遠鏡將突破已有的探測深度和廣度,幫助人類解決更多科學前沿領域問題。大口徑校正鏡組不同于普通的透射式光學系統(tǒng),為了使校正鏡組性能滿足設計要求,總結分析了透鏡支撐設計的基本原理和一般方法,建立了彈性體有限元模型,進行了參數化分析并優(yōu)化了支撐結構關鍵部位。著重考慮透鏡和鏡室在不同重力載荷下的位移變形、應力變化和成像質量要求。結果顯示,在0°～90°俯仰角變化范圍內,彈性體支撐的透鏡標準化點源敏感性值最小值為0.973 1,其面形誤差、應力和位移等方面均滿足系統(tǒng)設計要求,以上的工作對于類似的大口徑系統(tǒng)設計與優(yōu)化有著一定指導意義。 

【文章來源】：紅外與激光工程. 2020,49(S1)北大核心EICSCD

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

透鏡彈性體支撐結構Fig.1Lenselastomersupportstructure

?透鏡底支撐為粘接有12個軸向RTV墊片的支撐點，支撐點的端面與透鏡具有相同的曲率半徑，使透鏡與鏡室裝配時可以實現(xiàn)良好的面接觸，防止出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象。鏡室的側面設計為12個側支撐塊，側支撐塊與透鏡接觸面具有相同的曲率半徑，在徑向RTV墊片與透鏡粘膠前，要先與側支撐塊進行粘接，再在側支撐塊接觸面均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠與透鏡粘接，安裝到位后螺釘擰緊固定，最后安裝透鏡安全擋環(huán)。圖1透鏡彈性體支撐結構Fig.1Lenselastomersupportstructure圖2為該支撐結構的爆炸圖。圖2透鏡彈性體支撐爆炸圖Fig.2Explosiondiagramoflenselastomersupport

紅外與激光工程第S1期www.irla.cn第49卷20200124-4對于彈性體支撐結構來說，彈性體RTV的尺寸和厚度在控制透鏡的變形和位移方面起著至關重要的作用，設計因素中彈性體的形狀因子S很大程度影響了彈性體的機械性能[12]，S可定義如公式(3)所示：S=loadedarea4×freearea=a24×a×t(3)設RTV受載面積為正方形，式中a為受載面積的長和寬，t為RTV的厚度，見圖3。圖3RTV尺寸圖Fig.3RTVsizechart實驗證明，受約束RTV的熱膨脹系數與材料本身的熱膨脹系數有顯著差異，因此引入熱膨脹校正系數KT，熱膨脹系數的關系如公式(4)所示：琢RTV=KT琢0(4)式中：琢0為RTV材料本身的熱膨脹系數；琢RTV為受載情況下RTV墊片的熱膨脹系數。S決定的熱膨脹校正系數KT如公式(5)所示：KT=啄琢0駐Tt(5)式中：啄為在熱載荷下RTV厚度改變量；駐T為工作溫度改變量。圖4為形狀因子和校正系數關系圖，不同S值對應不同的熱膨脹系數校正因子。當S>4時，KT始終為2.9。根據經驗公式和形狀因子與熱膨脹系數曲線圖(圖4)，RTV設計過程中取KT=2.75。徑向墊片的厚度可以通過Bayar等式、Deluzio等式和Muench等式表達。設T0為加工溫度，Rm為金屬鏡室半徑，Rg為透鏡的半徑。Bayer等式如公式(6)所示：tsimple=R(琢cell-琢lens)琢RTV-琢cell(6)式中：R為透鏡的半徑；琢cell為鏡室的熱膨脹系數；琢lens為?


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