留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

空间遥感相机大口径反射镜结构优化设计

张超杰 习兴华 王永宪 朱俊青 关英俊

张超杰, 习兴华, 王永宪, 朱俊青, 关英俊. 空间遥感相机大口径反射镜结构优化设计[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0214002-0214002. doi: 10.3788/IRLA202049.0214002
引用本文: 张超杰, 习兴华, 王永宪, 朱俊青, 关英俊. 空间遥感相机大口径反射镜结构优化设计[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0214002-0214002. doi: 10.3788/IRLA202049.0214002
Zhang Chaojie, Xi Xinghua, Wang Yongxian, Zhu Junqing, Guan Yingjun. Structural optimization design of large-aperture mirror for space remote sensing camera[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(2): 0214002-0214002. doi: 10.3788/IRLA202049.0214002
Citation: Zhang Chaojie, Xi Xinghua, Wang Yongxian, Zhu Junqing, Guan Yingjun. Structural optimization design of large-aperture mirror for space remote sensing camera[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(2): 0214002-0214002. doi: 10.3788/IRLA202049.0214002

空间遥感相机大口径反射镜结构优化设计

doi: 10.3788/IRLA202049.0214002
基金项目: 

国家自然科学基金(11873007)

详细信息
    作者简介:

    张超杰(1993-),男,硕士生,主要从事空间光学遥感器结构优化设计方面的研究。Email:1165573027@qq.com

  • 中图分类号: V443.5;TH751

Structural optimization design of large-aperture mirror for space remote sensing camera

  • 摘要: 为满足大口径反射镜在复杂空间环境下对高面形精度和热稳定性的要求,针对某Φ660 mm口径反射镜进行了轻量化研究。提出了一种采用经典理论公式创建反射镜初始结构,结合灵敏度分析和参数优化进行综合设计的方法。首先构建了反射镜参数化模型,采用灵敏度分析研究镜体结构参数对面形变化的影响规律,找到对镜面面形RMS值灵敏度高的结构参数进行优化迭代。相比于传统反射镜结构设计方法,此方法缩小了优化设计空间,节约了计算成本与时间,能够在设计空间内全局寻优,较快收敛于最优值。优化后反射镜在自重载荷工况下镜面面形PV值小于λ/10,RMS值小于λ/40(λ=632.8 nm),镜体质量为13.6 kg,轻量化率达78.4%。镜体组件一阶频率为121 Hz,满足反射镜动态刚度要求,根据优化后的结果建立了反射镜的最佳结构模型,并进行了投产制造。
  • [1] Chen Wei, Ding Yalin, Hui Shouwen, et al. Design of kinematic mount for SiC scanning reflective mirror[J]. Chinese Optics, 2012, 5(2):161-166. (in Chinese)
    [2] Park K S, Lee J H, Youn S K. Lightweight mirror design method using topology optimization[J]. Optical Engineering, 2005, 44(5):053002.
    [3] Guo Shaowen, Wang Wuyi, Zhang Guangyu, et al. Lightweight mirror technology for space optical systems[J]. Optical Instruments, 2005(4):78-82. (in Chinese)
    [4] Wang Xiaoyong, Zhang Bowen, Guo Congling, et al. Parameter optimization of 3m aperture space-based mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(s1):S118002. (in Chinese)
    [5] Wang Qui, Xin Hongwei, Xu Hong, et al. Lightweight design of fast steering mirror for space cameras[J].Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(4):0418001. (in Chinese)
    [6] Liu Shutian, Hu Rui, Zhou Ping, et al. Topologic optimization for configuration design of web-skin-type ground structure based large-aperture space mirror[J]. Optics and Precision Engineering, 2013, 21(7):1803-1810. (in Chinese)
    [7] Shi Jiaohong, Luo Shikui, Tang Lu, et al. The structural design of a Ф650 mm primary mirror subassembly[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2018, 35(3):258-262. (in Chinese)
    [8] Guo Jiang, Zhu Lei, Zhao Ji, et al. Design and optimize of high tolerance support structure for large aperture space mirror[J]. Optics and Precision Engineering,2019, 27(5):1138-1147. (in Chinese)
    [9] Hall H D. Problems in adapting small mirror fabrication techniques to large mirror[J]. NASA Special Publication, 1970, 233:149-152.
    [10] Wang Kejun, Dong Jihong. Structural design of Ф2 m-level large-diameter SiC reflector used in space remote sensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(7):0718005. (in Chinese)
    [11] Zhang Haidong, Wang Xiaokun, Xue Donglin, et al. Surface testing method for ultra-large convex aspheric surface[J]. Chinese Optics, 2019, 12(5):1147-1154. (in Chinese)
  • [1] 王朋朋, 辛宏伟, 朱俊青, 王永宪, 沙巍, 陈长征.  长条反射镜及柔节的参数优化设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(8): 20200493-1-20200493-6. doi: 10.3788/IRLA20200493
    [2] 曲慧东, 魏加立, 董得义, 胡海飞, 关英俊.  长条形空间反射镜组件轻量化结构设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(6): 20200404-1-20200404-11. doi: 10.3788/IRLA20200404
    [3] 徐云飞, 张笃周, 王立, 华宝成.  非合作目标局部特征识别轻量化特征融合网络设计 . 红外与激光工程, 2020, 49(7): 20200170-1-20200170-7. doi: 10.3788/IRLA20200170
    [4] 李小明, 王桂冰, 张立中, 王天宇, 张天硕.  单反式光端机反射镜柔性支撑参数化设计与试验 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0414003-0414003-7. doi: 10.3788/IRLA202049.0414003
    [5] 王小勇, 张博文, 郭崇岭, 刘湃.  3 m口径空间反射镜的参数优化 . 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 205-210. doi: 10.3788/IRLA201948.S118002
    [6] 汪奎, 辛宏伟, 徐宏, 任天赐.  空间相机快速反射镜的结构轻量化设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 418001-0418001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0418001
    [7] 张博文, 王小勇, 赵野, 杨佳文.  天基大口径反射镜支撑技术的发展 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1113001-1113001(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1113001
    [8] 张丽敏, 韩西达, 吕天宇, 赵宏超.  大口径望远镜次镜系统的拓扑优化设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(8): 818008-0818008(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0818008
    [9] 李诚良, 丁亚林, 刘磊.  大口径反射镜水平集拓扑优化设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 918001-0918001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0918001
    [10] 王琦, 孙广利, 黎纯宁, 宋江鹏.  基于半捷联方式的反射镜视轴稳定技术 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 3070-3075.
    [11] 张雷, 丁亚林, 徐正平, 张洪文, 张健, 郭万存.  长条形扫描反射镜的柔性支撑 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3678-3683.
    [12] 付世欣, 周超, 曹玉岩, 范磊, 韩西达.  基于拓扑优化的4 m 望远镜底座结构设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2441-2447.
    [13] 李延伟, 张洪文, 郑丽娜, 远国勤, 张景国.  高空光学遥感器热设计参数的灵敏度分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 572-577.
    [14] 伞兵, 李景林, 孙斌.  空间相机大口径反射镜轻量化技术及应用 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 3043-3048.
    [15] 曹佃生.  紫外-近红外高光谱探测仪扫描镜拓扑优化设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3813-3819.
    [16] 崔文达, 杜少军.  角谱传输数值模拟中参数优化分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2935-2940.
    [17] 颜胜美, 苏伟, 王亚军, 陈樟.  0.85 THz 折叠波导行波管的高频特性与结构参数优化分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2901-2906.
    [18] 徐宏, 关英俊.  大口径SiC轻量化反射镜组件的结构设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(S1): 83-88.
    [19] 陈洪达, 陈永和, 史婷婷, 刘晓华, 傅雨田.  空间反射镜的轻量化及支撑设计研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 535-540.
    [20] 齐光, 许艳军, 刘炳强.  空间相机反射镜SiC/Al 支撑板轻量化结构优化设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2214-2218.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  648
  • HTML全文浏览量:  108
  • PDF下载量:  44
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-11
  • 修回日期:  2019-11-21

空间遥感相机大口径反射镜结构优化设计

doi: 10.3788/IRLA202049.0214002
    作者简介:

    张超杰(1993-),男,硕士生,主要从事空间光学遥感器结构优化设计方面的研究。Email:1165573027@qq.com

基金项目:

国家自然科学基金(11873007)

  • 中图分类号: V443.5;TH751

摘要: 为满足大口径反射镜在复杂空间环境下对高面形精度和热稳定性的要求,针对某Φ660 mm口径反射镜进行了轻量化研究。提出了一种采用经典理论公式创建反射镜初始结构,结合灵敏度分析和参数优化进行综合设计的方法。首先构建了反射镜参数化模型,采用灵敏度分析研究镜体结构参数对面形变化的影响规律,找到对镜面面形RMS值灵敏度高的结构参数进行优化迭代。相比于传统反射镜结构设计方法,此方法缩小了优化设计空间,节约了计算成本与时间,能够在设计空间内全局寻优,较快收敛于最优值。优化后反射镜在自重载荷工况下镜面面形PV值小于λ/10,RMS值小于λ/40(λ=632.8 nm),镜体质量为13.6 kg,轻量化率达78.4%。镜体组件一阶频率为121 Hz,满足反射镜动态刚度要求,根据优化后的结果建立了反射镜的最佳结构模型,并进行了投产制造。

English Abstract

参考文献 (11)

目录

    /

    返回文章
    返回