空间大口径反射镜加工测量中的支撑力感知及控制研究
发布时间：2022-07-13 12:56
空间光机系统对大口径反射镜的需求日益增长,测量和使用条件分离的传统检测方法已不能满足空间大镜天地一致性的测量要求。口径增大和极度轻量化使得空间大口径反射镜极易在外力作用下产生非制造变形,除去测量系统误差、光路失调误差和由温度、震动、气流等环境因素造成的测量误差,所测面形结果主要为镜面支撑畸变和加工残差的耦合。加工残差一定的反射镜,不同支撑状态下所测面形结果差异较大,严格控制镜面支撑畸变在检测结果中的占比,对提高反射镜面形加工精度和保证空间反射镜天地一致性均具有重要意义。本论文以空间大口径反射镜的真实面形检测需求为牵引,针对空间大口径反射镜在地测量误差中的主要力学因素进行分析研究,旨在建立用于空间大口径反射镜高精度面形测量的支撑变形误差控制和分离方法,实现反射镜支撑变形误差的有效分离测量,从而提升我国空间大口径反射镜的检测和制造水平。论文研究工作主要包括以下内容:1.分析了空间大口径反射镜在地测量误差中的主要力学因素,对支撑变形误差的控制和分离方法进行了研究,提出了基于反射镜实际力学响应的支撑变形误差分离方法。2.针对空间大口径反射镜的光轴水平检测需要,以1.2m空间反射镜为例,首次在国...
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 空间大口径光学系统发展现状
1.3 空间大口径反射镜的材料及轻量化结构
1.4 大口径反射镜支撑技术现状
1.4.1 大口径反射镜支撑
1.4.2 支撑相关理论
1.4.3 多点支撑施力单元
1.5 论文主要研究内容及安排
第2章 空间大口径反射镜多场耦合条件下测量误差中的主要力学因素控制方法
2.1 科学目标及难点
2.2 反射镜真实面形测量误差模型
2.3 测量误差的主要力学因素
2.3.1 支撑变形误差
2.3.2 装夹变形误差
2.4 空间大口径反射镜测量中的支撑变形误差控制方法
2.4.1 支撑变形控制弹性力学原理
2.4.2 求解空间大口径反射镜支撑变形的有限元法
2.4.3 镜面支撑畸变的评价指标及相关数据处理
2.4.4 支撑力优化方法
2.4.5 力约束和位置约束对支撑效果的影响
2.5 支撑变形误差分离方法
2.5.1 小角度旋转支撑变形误差分离法
2.5.2 基于反射镜实际力学响应的支撑变形误差分离法
2.6 本章小结
第3章 具有力感知和控制功能的大型反射镜多维支撑平台的建立
3.1 具有力感知和控制功能的光轴水平多维支撑平台的建立
3.1.1 具有力感知和控制功能的光轴水平多维支撑平台的功能要求
3.1.2 空间大口径反射镜光轴水平支撑时镜面支撑畸变有限元仿真
3.1.3 光轴水平多维支撑平台结构方案
3.1.4 具有力感知和控制功能的光轴水平多维支撑平台实物及性能
3.2 光轴垂直多维支撑平台的建立
3.2.1 空间大口径反射镜光轴垂直支撑时镜面支撑畸变有限元仿真
3.2.2 光轴垂直多维支撑平台结构方案
3.2.3 具有支撑力检测和控制功能的光轴垂直多维支撑平台实物及性能
3.3 本章小结
第4章 1.2m空间反射镜的测量及支撑变形误差分离实验
4.1 1.2m空间反射镜的零位补偿检验
4.2 1.2m空间反射镜的检测
4.2.1 1.2m空间反射镜的光轴水平检测
4.2.2 1.2m空间反射镜的光轴垂直复检
4.2.3 两种检测结果的比对
4.3 支撑变形误差分离实验
4.3.1 小角度旋转支撑变形误差分离实验
4.3.2 基于反射镜实际力学响应的支撑变形误差分离实验
4.4 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 研究与结论
5.2 本文创新点
5.3 工作不足及展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[2]1.5m口径空间相机主镜组件的结构设计[J]. 李志来,徐宏,关英俊. 光学精密工程. 2015(06)
[3]8m能动薄主镜侧支撑设计[J]. 戴晓霖,鲜浩,唐金龙,张雨东. 光学学报. 2015(06)
[4]4m SiC轻量化主镜的主动支撑系统[J]. 吴小霞,李剑锋,宋淑梅,邵亮,明名. 光学精密工程. 2014(09)
[5]空间反射镜新型柔性支撑结构设计[J]. 李行,徐振邦,李静秋. 电子测量技术. 2014(08)
[6]3.5 m口径空间望远镜单块式主镜技术展望[J]. 李宗轩,金光,张雷,孔林. 中国光学. 2014(04)
[7]大口径空间反射镜Cartwheel型柔性支撑设计[J]. 李宗轩,陈雪,张雷,金光,张元,贾学志,孔林. 光学学报. 2014(06)
[8]空间反射镜的轻量化及支撑设计研究[J]. 陈洪达,陈永和,史婷婷,刘晓华,傅雨田. 红外与激光工程. 2014(02)
[9]国外空间反射镜材料及应用分析[J]. 刘韬,周一鸣,江月松. 航天返回与遥感. 2013(05)
[10]三十米望远镜三镜底支撑的优化设计[J]. 王富国. 激光与光电子学进展. 2013(09)
博士论文
[1]大型空间望远镜次镜精密调整机构研究[D]. 于阳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[2]反射式望远镜失调校正技术研究[D]. 顾志远.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[3]光学表面频段误差对成像质量的影响研究[D]. 曾雪锋.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[4]2m量级空间反射镜组件设计与优化[D]. 王书新.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[5]2m级地基望远镜SiC主镜轻量化设计及支撑技术研究[D]. 范磊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[6]大口径碳化硅质反射镜数控光学加工的研究[D]. 范镝.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
本文编号：3660083
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 空间大口径光学系统发展现状
1.3 空间大口径反射镜的材料及轻量化结构
1.4 大口径反射镜支撑技术现状
1.4.1 大口径反射镜支撑
1.4.2 支撑相关理论
1.4.3 多点支撑施力单元
1.5 论文主要研究内容及安排
第2章 空间大口径反射镜多场耦合条件下测量误差中的主要力学因素控制方法
2.1 科学目标及难点
2.2 反射镜真实面形测量误差模型
2.3 测量误差的主要力学因素
2.3.1 支撑变形误差
2.3.2 装夹变形误差
2.4 空间大口径反射镜测量中的支撑变形误差控制方法
2.4.1 支撑变形控制弹性力学原理
2.4.2 求解空间大口径反射镜支撑变形的有限元法
2.4.3 镜面支撑畸变的评价指标及相关数据处理
2.4.4 支撑力优化方法
2.4.5 力约束和位置约束对支撑效果的影响
2.5 支撑变形误差分离方法
2.5.1 小角度旋转支撑变形误差分离法
2.5.2 基于反射镜实际力学响应的支撑变形误差分离法
2.6 本章小结
第3章 具有力感知和控制功能的大型反射镜多维支撑平台的建立
3.1 具有力感知和控制功能的光轴水平多维支撑平台的建立
3.1.1 具有力感知和控制功能的光轴水平多维支撑平台的功能要求
3.1.2 空间大口径反射镜光轴水平支撑时镜面支撑畸变有限元仿真
3.1.3 光轴水平多维支撑平台结构方案
3.1.4 具有力感知和控制功能的光轴水平多维支撑平台实物及性能
3.2 光轴垂直多维支撑平台的建立
3.2.1 空间大口径反射镜光轴垂直支撑时镜面支撑畸变有限元仿真
3.2.2 光轴垂直多维支撑平台结构方案
3.2.3 具有支撑力检测和控制功能的光轴垂直多维支撑平台实物及性能
3.3 本章小结
第4章 1.2m空间反射镜的测量及支撑变形误差分离实验
4.1 1.2m空间反射镜的零位补偿检验
4.2 1.2m空间反射镜的检测
4.2.1 1.2m空间反射镜的光轴水平检测
4.2.2 1.2m空间反射镜的光轴垂直复检
4.2.3 两种检测结果的比对
4.3 支撑变形误差分离实验
4.3.1 小角度旋转支撑变形误差分离实验
4.3.2 基于反射镜实际力学响应的支撑变形误差分离实验
4.4 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 研究与结论
5.2 本文创新点
5.3 工作不足及展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[2]1.5m口径空间相机主镜组件的结构设计[J]. 李志来,徐宏,关英俊. 光学精密工程. 2015(06)
[3]8m能动薄主镜侧支撑设计[J]. 戴晓霖,鲜浩,唐金龙,张雨东. 光学学报. 2015(06)
[4]4m SiC轻量化主镜的主动支撑系统[J]. 吴小霞,李剑锋,宋淑梅,邵亮,明名. 光学精密工程. 2014(09)
[5]空间反射镜新型柔性支撑结构设计[J]. 李行,徐振邦,李静秋. 电子测量技术. 2014(08)
[6]3.5 m口径空间望远镜单块式主镜技术展望[J]. 李宗轩,金光,张雷,孔林. 中国光学. 2014(04)
[7]大口径空间反射镜Cartwheel型柔性支撑设计[J]. 李宗轩,陈雪,张雷,金光,张元,贾学志,孔林. 光学学报. 2014(06)
[8]空间反射镜的轻量化及支撑设计研究[J]. 陈洪达,陈永和,史婷婷,刘晓华,傅雨田. 红外与激光工程. 2014(02)
[9]国外空间反射镜材料及应用分析[J]. 刘韬,周一鸣,江月松. 航天返回与遥感. 2013(05)
[10]三十米望远镜三镜底支撑的优化设计[J]. 王富国. 激光与光电子学进展. 2013(09)
博士论文
[1]大型空间望远镜次镜精密调整机构研究[D]. 于阳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[2]反射式望远镜失调校正技术研究[D]. 顾志远.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[3]光学表面频段误差对成像质量的影响研究[D]. 曾雪锋.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[4]2m量级空间反射镜组件设计与优化[D]. 王书新.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[5]2m级地基望远镜SiC主镜轻量化设计及支撑技术研究[D]. 范磊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[6]大口径碳化硅质反射镜数控光学加工的研究[D]. 范镝.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
本文编号：3660083
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