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大口径轻量化主镜边缘侧向支撑的优化设计

光学精密工程 2012年第10期20卷 2207-2213页

作者：范磊张景旭吴小霞王富国陈夫林杨洪波中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

对大口径主镜的侧向支撑结构进行了优化,以便最大限度地降低重力作用下的镜面变形。首先,从理论上给出了一种优化主镜边缘侧支撑结构的判据和思路,然后,引入边缘切向剪切侧支撑原理,阐述了这种支撑形式的优化思想和优势。以口径为2060m... 详细信息

对大口径主镜的侧向支撑结构进行了优化,以便最大限度地降低重力作用下的镜面变形。首先,从理论上给出了一种优化主镜边缘侧支撑结构的判据和思路,然后,引入边缘切向剪切侧支撑原理,阐述了这种支撑形式的优化思想和优势。以口径为2060mm的扇形轻量化主镜作为分析实例,采用16个边缘离散支撑点,优化设计等角间距侧向支撑,并针对轻量化主镜的结构特点和等角间距支撑下支撑力值相差较大的缺点,将等角间距改为不等角间距侧向支撑,分析推导了相应的支撑力公式。结果显示,改进后的支撑形式提高了系统的支撑刚度,镜面变形由原来的1.723nm降为1.633nm。所研究的边缘切向剪切支撑方式很大程度上保证了主镜镜面面形,对不同口径的扇形孔轻量化主镜的设计有普适性。

关键词：光学设计大口径主镜轻量化主镜侧向支撑优化设计

音圈电机驱动的球面副支撑式快速控制反射镜设计

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光学精密工程 2011年第6期19卷 1320-1326页

作者：徐新行王兵韩旭东王恒坤刘廷霞中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

为了精确控制光束的传输方向,设计了一种以直线式音圈电机为驱动器的球面副支撑式快速控制反射镜(FSM)。在明确所需FSM系统功能和设计要求的基础上,分别对其机械结构、平面反射镜、驱动元件以及角度测量元件进行了设计和选择。完成精密... 详细信息

为了精确控制光束的传输方向,设计了一种以直线式音圈电机为驱动器的球面副支撑式快速控制反射镜(FSM)。在明确所需FSM系统功能和设计要求的基础上,分别对其机械结构、平面反射镜、驱动元件以及角度测量元件进行了设计和选择。完成精密加工、装配、调试后,对FSM系统进行了实验测试分析。结果表明,该球面副刚性支撑式FSM系统结构简单,承载能力强,谐振频率约为120Hz,反射镜稳定精度优于2″,且对振动、冲击、回转等动态工作环境具有较强的适应性,满足系统使用要求。

关键词：快速控制反射镜球面副支撑直线位移传感器音圈电机

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采用标准轴承的光电经纬仪轴系误差修正

光学精密工程 2011年第3期19卷 605-611页

作者：冯栋彦高云国张文豹中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

为了满足对小型跟踪架低成本、短周期和高互换性的要求,提出了采用标准轴承轴系代替现有研磨轴系的轴系改造方法。分析了采用标准轴承后的轴系误差源,根据跟踪架的使用多为远距离探测跟踪等特点,给出变轴线晃动为轴线平移的消差方法。... 详细信息

为了满足对小型跟踪架低成本、短周期和高互换性的要求,提出了采用标准轴承轴系代替现有研磨轴系的轴系改造方法。分析了采用标准轴承后的轴系误差源,根据跟踪架的使用多为远距离探测跟踪等特点,给出变轴线晃动为轴线平移的消差方法。设计了水平轴系实验模型,采用p5级深沟球轴承进行实验测量,并用傅里叶谐波分析方法对数据进行了分析。实验结果表明:水平轴左右轴承安装时,轴承内圈径向跳动最大方向安装在同一方向时,轴系晃动最大误差为2.430″;轴承内圈径向跳动最大方向相差180°安装时,轴系晃动最大误差为6.126″,说明第一种安装方法会使跳动误差同步同周期变化,从而较大地减少轴系晃动。实验结果验证了消差方法的可行性,采用高精度等级轴承并采用提出的消差方法可以满足一般中小型跟踪架的精度要求。

关键词：光电经纬仪跟踪架标准轴承轴系误差傅里叶谐波分析

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620mm薄镜面的主动支撑结构及面形校正

光学精密工程 2011年第5期19卷 1022-1029页

作者：陈夫林张景旭吴小霞范磊中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

为了提高大口径薄镜面望远镜主镜在不同俯仰角度的支撑面形精度,采用模态振型模式定标实时对主镜面形进行了主动校正。针对口径为620mm,厚度为18mm,底支撑采用36点主动支撑,侧支撑采用6点切向被动支撑的薄镜面主动支撑系统,分析了主镜... 详细信息

为了提高大口径薄镜面望远镜主镜在不同俯仰角度的支撑面形精度,采用模态振型模式定标实时对主镜面形进行了主动校正。针对口径为620mm,厚度为18mm,底支撑采用36点主动支撑,侧支撑采用6点切向被动支撑的薄镜面主动支撑系统,分析了主镜自由振动时的模态振型;在进行主动校正前将其前10阶模态振型的RMS值归一化为1 000nm,定标出相应的校正力;分析了不同俯仰角下主镜面形的变化,并采用最小二乘法用模态振型为底基函数拟合了主镜面变形,求解出主动校正力;对比校正面形和原始面形的关系,在二次主动校正之后分析了拟合残差和校正残差的关系。最终校正结果显示,主镜竖直放置时,用最大2.23N的校正力可将其面形RMS从27.62nm校正到12.95nm;主镜水平放置时,用最大0.59N的校正力可将其面形RMS从7.68nm校正到2.84nm。得到的结果验证了采用模态振型校正主镜面形的可行性。

关键词：主动光学薄镜面面形校正支撑结构模态振型最小二乘法有限元

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预紧式八翼梁次镜支撑结构的动力学分析

光学精密工程 2013年第5期21卷 1199-1204页

作者：赵宏超张景旭杨飞赵勇志陈宝刚中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

为了增加大口径望远镜次镜支撑结构的抗扭转刚度,降低次镜支撑结构对主镜的遮拦,提出了采用预紧力八翼梁结构来取代原有的四翼梁结构。根据Euler-Bernoulli梁理论将次镜支撑结构简化为一个由质量点和简支梁组成的简化模型,并进一步将该... 详细信息

为了增加大口径望远镜次镜支撑结构的抗扭转刚度,降低次镜支撑结构对主镜的遮拦,提出了采用预紧力八翼梁结构来取代原有的四翼梁结构。根据Euler-Bernoulli梁理论将次镜支撑结构简化为一个由质量点和简支梁组成的简化模型,并进一步将该模型简化为两个更为简单的动力学模型的组合。通过选取恰当的振型函数,使用Rayleigh和Dunkerley方法推导了简化模型的第一阶模态频率数值解,得到的计算结果与有限元仿真结果吻合得很好。针对预紧力的作用,理论推导了预紧力对这种结构第一阶模态值的影响,并使用有限元法对这种结构进行了模拟,两者得到的结果趋势相同,大小一致,从而证明该简化方法可以用于类似结构的动力学特性计算。仿真结果显示,当预紧力施加到20kN时,结构的第一阶模态值由11.6Hz上升到23Hz,大大提高了结构的抗扭转刚度,并有效减轻了次镜支撑结构的重量和遮拦比。该结论对于大口径望远镜次镜支撑的设计具有参考价值。

关键词：望远镜次镜支撑结构预紧力八翼梁结构有限元法数值分析

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具有低空气隙敏感度的雪花单元频率选择表面

光学精密工程 2013年第8期21卷 1949-1956页

作者：王岩松高劲松陈新赵晶丽中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

针对在工程研制阶段隐身雷达罩与频率选择表面（FSS）间的空气隙引起的隐身雷达罩传输性能劣化问题,设计了一种具有低空气隙敏感度的新型雪花环状单元频率选择表面以降低空气隙的影响.采用模式匹配法进行了FSS理论仿真.为了进行对比分析... 详细信息

针对在工程研制阶段隐身雷达罩与频率选择表面（FSS）间的空气隙引起的隐身雷达罩传输性能劣化问题,设计了一种具有低空气隙敏感度的新型雪花环状单元频率选择表面以降低空气隙的影响.采用模式匹配法进行了FSS理论仿真.为了进行对比分析,针对假定技术指标分别给出新型单元FSS和Y环单元FSS的最优化设计结构,采用光刻工艺制备出等效FSS平板样件,在微波暗室中采用自由空间法测试其传输性能以验证设计.仿真和测试结果一致表明：新型雪花单元FSS在很大的空气隙内（190～6500 μm）均满足技术指标,优于Y环FSS的最大空气隙范围（320～1900 μm）.最后,简要分析了雪花单元FSS设计的优点.分析结果显示,新型雪花单元FSS在满足隐身雷达罩常规技术指标的前提下,具有较低的空气隙敏感度,可在工程试验阶段用于FSS的研制.

关键词：频率选择表面(FSS) 隐身雷达罩空气隙雪花单元

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水平式经纬仪静态指向修正模型的比较与改进

光学精密工程 2010年第6期18卷 1374-1380页

作者：刘廷霞王伟国李博李建海吉桐伯中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 长春锅炉仪表程控设备股份有限公司吉林长春130052

为了对跟踪高轨目标无跟踪盲区的水平式经纬仪的指向进行修正,对经纬仪指向修正模型进行了理论分析和实验研究。介绍了球谐函数、支架、水平式3种指向修正模型,并对水平式模型做了修改。利用实测恒星数据进行matlab回归对比分析,最后采... 详细信息

为了对跟踪高轨目标无跟踪盲区的水平式经纬仪的指向进行修正,对经纬仪指向修正模型进行了理论分析和实验研究。介绍了球谐函数、支架、水平式3种指向修正模型,并对水平式模型做了修改。利用实测恒星数据进行matlab回归对比分析,最后采用内符合和外符合两种方法对3种模型的回归精度进行符合对比,得出了适合水平式经纬仪指向修正的模型。应用该水平式修正模型对某型水平式经纬仪的实际指向进行了修正,实验结果表明,其经轴L修正精度为0.4672″,纬轴B修正精度为0.4227″。对3种模型回归精度的对比分析显示,用支架和水平式模型修正水平式光电经纬仪指向精度时,效果均远优于球谐函数模型,支架模型略优于水平式模型,从而得出球谐函数模型不适合修正水平式经纬仪指向的结论。

关键词：水平式经纬仪静态指向修正模型

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利用电场与磁场耦合制备微型化频率选择表面

光学精密工程 2011年第10期19卷 2333-2341页

作者：徐念喜高劲松梁凤超赵晶丽冯晓国中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

利用感性表面(金属栅格)与容性表面(间隔的金属环形贴片)之间的耦合机制制备了微型频率选择表面(MEF-SS)。依据传输线理论给出电感、电容近似公式,定性分析了MEFSS结构参数,采用全波分析矢量模匹配法计算了不同几何结构参数与耦合层电参... 详细信息

利用感性表面(金属栅格)与容性表面(间隔的金属环形贴片)之间的耦合机制制备了微型频率选择表面(MEF-SS)。依据传输线理论给出电感、电容近似公式,定性分析了MEFSS结构参数,采用全波分析矢量模匹配法计算了不同几何结构参数与耦合层电参数MEFSS的传输特性。通过镀膜与光刻法在500μm厚聚酰亚胺膜两侧以矩形排列方式制备了12个0.125λ集总电感单元与集总电容单元,利用自由空间法测试了240mm×240mm MEFSS样件的传输特性。结果显示,测试样件中心频点为14.636GHz,透过率为-0.382dB,-3dB,带宽为2.17GHz时,单元尺寸为0.125λ;当单元尺寸变小时,中心频点向高频漂移,其透过率下降;固定单元尺寸,中心频点随固定电感宽度、电容间隔和环形贴片宽度的增加而向高频漂移;耦合层厚度增加0.4mm,中心频点向低频漂移1.4GHz,且透过率降低2.6dB;相对介电常数由3.5变为2,中心频点向高漂移2.8GHz。结论显示,利用感性与容性表面耦合机制能制备单元尺寸为0.125λ的FSS,其具有微型化、宽通带和对入射波角度不敏感的特点。

关键词：频率选择表面耦合机制感性表面容性表面

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光电对抗半物理仿真系统航迹生成方法

光学精密工程 2010年第5期18卷 1128-1134页

作者：李友毅郭立红胥文李岩李姜中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039 空军航空大学军事仿真技术研究所吉林长春130022

为了建立能体现飞行器姿态变化及实际运动特性的航迹模型,提出了在光电对抗半物理仿真系统中利用变参数控制生成目标航迹的方法。该方法依据飞行轨迹控制原理,把飞机飞行动力学模型作为被控对象,在分析轨迹控制参数特点的基础上,构造了... 详细信息

为了建立能体现飞行器姿态变化及实际运动特性的航迹模型,提出了在光电对抗半物理仿真系统中利用变参数控制生成目标航迹的方法。该方法依据飞行轨迹控制原理,把飞机飞行动力学模型作为被控对象,在分析轨迹控制参数特点的基础上,构造了以控制误差为自变量的比例参数和微分参数函数模型。通过这些函数,变参数模型能够根据瞬时误差实时改变参数大小,从而适应飞行器轨迹运动过程中的非线性特点,减小生成航迹的误差。最后,利用某型飞机数据进行了数学仿真试验。结果表明:该方法产生的航迹与给定航迹最大距离相对误差为3.9%,稳定后相对误差为0.1%;航向最大相对误差为1.8%,稳定后相对误差为0.056%。另外,该方法具有通用性,可以满足仿真系统中对目标航迹模拟的要求。

关键词：光电对抗目标航迹轨迹控制变参数模型仿真