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?620 mm口径地基反射镜组件优化设计

兰斌,  杨洪波,  吴小霞,  王富国,  郭鹏

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兰斌, 杨洪波, 吴小霞, 王富国, 郭鹏. ?620 mm口径地基反射镜组件优化设计[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(1): 118001-0118001(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0118001
引用本文: 兰斌, 杨洪波, 吴小霞, 王富国, 郭鹏. ?620 mm口径地基反射镜组件优化设计[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(1): 118001-0118001(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0118001
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Lan Bin, Yang Hongbo, Wu Xiaoxia, Wang Fuguo, Guo Peng. Optimal design of ?620 mm ground mirror assembly[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(1): 118001-0118001(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0118001
Citation: Lan Bin, Yang Hongbo, Wu Xiaoxia, Wang Fuguo, Guo Peng. Optimal design of ?620 mm ground mirror assembly[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(1): 118001-0118001(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0118001
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?620 mm口径地基反射镜组件优化设计

doi: 10.3788/IRLA201746.0118001
  • 1.

    中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033;

  • 2.

    中国科学院大学,北京 100049;

  • 3.

    中国科学院苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州 215163

基金项目: 

国家自然科学基金（11403023）

详细信息
    作者简介:

    兰斌(1989-),男,博士生,主要从事光机系统集成分析与优化方面的研究。Email:lanbin169320@126.com

  • 中图分类号: TH751

Optimal design of ?620 mm ground mirror assembly

  • 1.

    Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

  • 2.

    University of the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;

  • 3.

    Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology,Chinese Academy of Sciences,Suzhou 215163,China

  • 摘要: 为了获得620 mm口径地基反射镜组件的最优设计方案，建立了反射镜及其支撑系统的参数化模型，并基于该模型对镜体厚度、支撑点位置和柔性支撑结构的设计参数进行多目标优化设计。首先，阐述了620 mm口径地基主反射镜支撑系统的运动学约束设计原理。然后，从理论角度推导出柔性支撑的柔度矩阵和结构热变形的等效力，建立了便于优化迭代的反射镜组件参数化模型，对比了参数化模型与体单元组成的详尽有限元模型在多种静力学工况下的RMS值和系统的前6阶模态值，计算结果误差在10%以内，验证了参数化模型的有效性。最后，基于径向基函数的近似模型理论，在Isight环境下对参数化模型进行多目标优化处理。得到了多目标优化的Pareto front前沿，目标值权衡处理后得到系统的最优的设计方案。提出的优化设计方法具有较好的工程适用性，可为同类型的反射镜组件优化设计提供参考。
    Abstract: In order to obtain the optimal design of the 620 mm ground mirror assembly, the parametric model of mirror and its support system was established and the thickness of mirror, the support position and design parameters of flexible support structure were optimized based on the parametric model. Firstly, the kinematic restraint design principle of the 620 mm ground primary mirror support system was stated. Then, flexibility matrix and thermal equivalent force of flexible support was deduced from the theoretical perspective, a parametric model of mirror assembly was established to facilitate the optimization iteration, and the parametric model was compared with solid element detailed FEM model in multiple static loadcases in term of the RMS and the first six eigenvalues of the support system. The calculation error was less than 10% of the results to verify the validity of the parameters of the model. Finally, based on the theory of radial basis function approximation model, the multi-objective optimization of the parametric model was possessed in Isight environment. After obtaining the Pareto front of multi-objective optimization, the two objectives of optimal design system was weighed. The proposed optimum design method has better applicability in engineering and can provide reference for the optimization design of the same type of mirror assembly.
  • [1] Li Yuan, Jiao Mingyin, Luo Chuanwei, et al. Optimized design of lightweight flat mirror based on Isight[J]. Journal of Applied Optics, 2010, 31(2):194-197. (in Chinese)李元, 焦明印, 罗传伟, 等. 基于Isight的平面反射镜轻量化设计[J]. 应用光学, 2010, 31(2):194-197.
    [2] Cheng Jingquan. Principles of Astronomical Telescope Design[M]. Beijing:China Science Technology Press, 2003:61-68; 84-93. (in Chinese)程景全. 天文望远镜原理和设计[M]. 北京:中国科学技术出版社, 2003:61-68; 84-93.
    [3] Wang Fuguo, Yang Hongbo, Yang Fei, et al. Optimization and analysis for the axis support points position of the large aperture mirrors[J]. Infrared and Laser Engineering, 2007, 36(6):877-880. (in Chinese)王富国, 杨洪波, 杨飞, 等. 大口径主镜轴向支撑点位置优化分析[J]. 红外与激光工程, 2007, 36(6):877-880.
    [4] Wang Shuxin, Li Jinglin, Zhang Fan, et al. Optimization of large aperture space reflector based on RSM[J]. Infrared and Laser Engineering, 2009, 38(1):129-132. (in Chinese)王书新, 李景林, 张帆, 等. 响应面模型的大口径空间反射镜优化[J]. 红外与激光工程, 2009, 38(1):129-132.
    [5] Hagyong Kihm. Design optimization of a 1-m lightweight mirror for a space telescope[J]. Optical Engineering, 2013, 52(9):091806.
    [6] Zhao Hongwei,Wu Boda, Cao Dianbo, et al. Mechanical performance of right-angle flexure hinge[J]. Nanotechnology and Precision Engineering, 2007, 5(2):143-147. (in Chinese)赵宏伟, 吴博达, 曹殿波,等. 直角柔性铰链的力学性能[J]. 纳米技术与精密工程, 2007, 5(2):143-147.
    [7] Wang Jing. Mechanics of Material[M]. Harbin:Harbin Industrial University Press, 2014. (in Chinese)王静. 材料力学[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2014.
    [8] Lobontiu Nicolae. Compliant Mechanisms:Design of Flexure Hinges[M]. Boca Raton:CRC Press, 2003.
    [9] Zhuang Limin, Wang Fuguo, An Qichang. Application of Bipod to supporting structure of minitype reflector[J]. Opt Precision Eng, 2015, 23(2):438-443. (in Chinese)张丽敏, 王富国, 安其昌. Bipod柔性结构在小型反射镜支撑中的应用[J]. 光学精密工程, 2015, 23(2):438-443.
    [10] Wang Maocheng. Finite Element Method[M]. Beijing:Tsinghua University Press, 2003. (in Chinese)王勖成. 有限元法[M]. 北京:清华大学出版社, 2003.
    [11] Ai Yisi. Research on response surface method optimization based on radial basis function[D] Wuhan:Huazhong University of Science and Technology, 2012. (in Chinese)艾依斯. 基于径向基函数响应面优化方法研究[D] 武汉:华中科技大学, 2012.
    [12] Dou Yifang, Liu Fei, Zhuang Weihua. Research on comparative analysis of response surface methods[J]. Journal of Engineering Design, 2007, 14(5):359-363. (in Chinese)窦毅芳, 刘飞, 张为华. 响应面建模方法的比较分析[J]. 工程设计学报, 2007, 14(5):359-363.
    [13] Lai Yuyang. Isight Parameter Optimization Theory and Examples[M]. Beijing:Beihang University Press, 2012:153-198. (in Chinese)赖宇阳. Isight参数优化理论与实例详解程[M]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2012:153-198.
  • [1] 朱伟舟, 谢永, 贾建军, 张亮, 高瑞弘, 王雪.  空间引力波探测超前瞄准机构研制与测试 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220423-1-20220423-8. doi: 10.3788/IRLA20220423
    [2] 刘树迪, 田海英, 邵建兵.  大视场空间相机像旋补偿机构及其优化设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(7): 20220878-1-20220878-12. doi: 10.3788/IRLA20220878
    [3] 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
    [4] 赵磊, 柳秋兴, 胡博, 王虎, 梁亮, 卢恒.  单轴半蝶形柔性铰链在快速反射镜中的设计与应用 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210118-1-20210118-10. doi: 10.3788/IRLA20210118
    [5] 吴松航, 董吉洪, 徐抒岩, 于夫男, 许博谦.  快速反射镜椭圆弧柔性铰链多目标优化设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200286-1-20200286-9. doi: 10.3788/IRLA20200286
    [6] 刘小涵, 李双成, 李美萱, 张容嘉, 张元.  离轴三反光学系统主三反射镜支撑结构设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(8): 20210025-1-20210025-9. doi: 10.3788/IRLA20210025
    [7] 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
    [8] 苏李, 张晓彤, 吕沛桐, 孙铭阳, 王成虎, 陈晨, 张天瑜.  大量程高灵敏度的光纤光栅低频振动传感器研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200340-20200340. doi: 10.3788/IRLA20200340
    [9] 汪奎, 辛宏伟, 曹乃亮, 石震.  空间相机快速反射镜的两轴柔性支撑结构设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1214005-1214005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1214005
    [10] 赵磊, 纪明, 王佳, 赵振海, 王虎.  万向柔性铰链连接快速反射镜的设计与仿真 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 218002-0218002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0218002
    [11] 张伟, 杨立保, 李清雅, 王严, 王晶.  直圆抛物线复合铰链柔度研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1117009-1117009(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1117009
    [12] 程龙, 王栋, 谷松, 高飞, 杨林, 李林.  星敏感器支撑结构多目标拓扑优化设计与试验 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 520001-0520001(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0520001
    [13] 安明鑫, 薛闯, 张立浩, 徐抒岩, 董吉洪.  切向双脚架-运动学支撑结构的柔度研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 718001-0718001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0718001
    [14] 张法业, 姜明顺, 隋青美, 张雷, 曹玉强, 马国文, 魏钧涛.  基于柔性铰链结构的高灵敏度低频光纤光栅加速度传感器 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 317004-0317004(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0317004
    [15] 倪迎雪, 伞晓刚, 高世杰, 王晶, 王涛, 吴佳彬, 桑志昕, 张楠.  新型混合柔性铰链柔度研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1017001-1017001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1017001
    [16] 王成彬, 孙胜利, 胡亭亮, 胡凯.  高精度反射镜组件面形检测结构设计方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 117006-0117006(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0117006
    [17] 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.
    [18] 刘福贺, 程志峰, 石磊, 徐宁, 管坐辇.  长条形反射镜支撑结构设计与分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1512-1517.
    [19] 肖前进, 贾宏光, 韩雪峰, 席睿.  一种低耦合位移动镜支撑机构静动态性能分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(4): 975-981.
    [20] 柳华, 刘伟奇, 冯睿, 魏忠伦, 张健.  新型全柔性动镜机构的设计与分析 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 184-189.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-09
  • 修回日期:  2016-06-17
  • 刊出日期:  2017-01-25

?620 mm口径地基反射镜组件优化设计

doi: 10.3788/IRLA201746.0118001
  • 1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033;
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049;
  • 3. 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州 215163
    • 作者简介:

    兰斌(1989-),男,博士生,主要从事光机系统集成分析与优化方面的研究。Email:lanbin169320@126.com

  • 收稿日期: 2016-05-09
  • 修回日期: 2016-06-17
  • 刊出日期: 2017-01-25
基金项目:

国家自然科学基金（11403023）

  • 中图分类号: TH751

摘要: 为了获得620 mm口径地基反射镜组件的最优设计方案，建立了反射镜及其支撑系统的参数化模型，并基于该模型对镜体厚度、支撑点位置和柔性支撑结构的设计参数进行多目标优化设计。首先，阐述了620 mm口径地基主反射镜支撑系统的运动学约束设计原理。然后，从理论角度推导出柔性支撑的柔度矩阵和结构热变形的等效力，建立了便于优化迭代的反射镜组件参数化模型，对比了参数化模型与体单元组成的详尽有限元模型在多种静力学工况下的RMS值和系统的前6阶模态值，计算结果误差在10%以内，验证了参数化模型的有效性。最后，基于径向基函数的近似模型理论，在Isight环境下对参数化模型进行多目标优化处理。得到了多目标优化的Pareto front前沿，目标值权衡处理后得到系统的最优的设计方案。提出的优化设计方法具有较好的工程适用性，可为同类型的反射镜组件优化设计提供参考。

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