基于有限元法的大口径平行光管主反射镜支撑技术研究

作     者：陈永聪 

作者单位：中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 

学位级别：硕士

导师姓名：胡永明

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：平行光管 主反射镜 支撑技术 有限元方法 齐次坐标变换法 

摘      要：随着科学事业的发展，尤其是空间光学的发展，需要多种长焦距高分辨率的对地观测光学系统。平行光管是发射平行光束的人工光源，它是照相物镜和望远物镜等无限共轭成像光学系统的调校和像质检验不可缺少的测量基准。作为平行光管的重要组成部分，论文研究的主反射镜是整个平行光管设计工作中的关键部分，它的面形质量直接影响着整个系统的成像质量。 本论文首先概述了平行光管主镜支撑技术的发展，总结了各种情况下常用的支撑方式。总结了有限元方法的发展及其在光机设计中的应用，阐述了有限元方法在光机结构设计中运用的必要性。 主镜设计作为一个系统的设计过程，有必要把主镜设计思路进行梳理。主镜设计过程包括主镜的选材、主镜是否需要轻量化的考虑、对主镜支撑结构所带来的反射面面形变化进行有限元分析以及主镜支撑方式的具体实现等。 将有限元分析的力学结果转化为反射面的变形情况，需要一定的数据处理方法。在有限元分析之前介绍了两种常用的数据处理方法，并进行比较，决定在后续的有限元分析之后采用齐次坐标变换的数据处理方法。 主镜支撑结构的研究过程中，首先对用胶固定这一新的支撑方式进行可行性研究，确定用RTV胶进行胶接，并计算出胶的厚度为0.4mm。对主镜建立了有限元模型，并针对三点、四点、六点等几种情况进行有限元分析。在各种情况下又对支撑点与Y轴正向夹角对反射面面形的影响、支撑点半径对反射面面形的影响以及面形与粘贴面积的关系进行分析。最后对几种情况的面形与粘贴面积的关系进行横向比较，得出本主镜选择六点支撑方式的结论。 在进行有限元分析并选定支撑方式后，探寻合理的形式，将该支撑方式具体实现出来。初步决定采用将六点先转化成三点，再连接到支撑架子上的实现方案。