基于碳纤维复合材料的空间相机高比刚度主承力板优化设计.pdf

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1、第２１卷第２期光学精密工程Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．２２０１３年２月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦｅｂ．２０１３文章编号１００４９２４Ｘ（２０１３）０２０４１６０７基于碳纤维复合材料的空间相机高比刚度主承力板优化设计安源，贾学志，张雷，金光（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）摘要：提出了复合材料和金属预埋件互嵌整体成型的设计方法。根据同轴三反光学系统中光学元件的空间布局和碳纤维复合材料的工艺特点和材料属性，设计了一种碳纤维基体与钛合金预埋件互为镶嵌的相机主承力板。首先，以碳纤维复合材料基体为核心，优

2、化设计了基体的筋格形式和厚度，并对金属预埋件进行了布局和轻量化设计；然后，分析了碳纤维主承力板的模态和变形；最后，进行了振动环境试验，验证了设计及分析的准确性。检测和试验表明，纤维主承力板的最大外接圆直径为Φ８７０ｍｍ，厚度为１３０ｍｍ，质量为１５．６ｋｇ，平均体密度仅为０．３１３ｇ／ｃｍ３，主承力板一阶频率达到４７９．２Ｈｚ，满足了空间相机的高动态刚度、轻质量、高安装精度要求。关键词：空间光学相机；碳纤维复合材料；主承力板；金属预埋件中图分类号：Ｖ４１４．３；Ｖ４４７文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１３２１０２．０４１６犗狆狋犻犿犻狕犻

3、狀犵犱犲狊犻犵狀狅犳犆犉犚犘犫犪狊犲犱犿犪犻狀犫犪犮犽犫狅狀犲狑犻狋犺犺犻犵犺狊狋犻犳犳狀犲狊狊狉犪狋犻狅犳狅狉狊狆犪犮犲犮犪犿犲狉犪，ＪＩＡＸｕｅｚｈｉ，ＺＨＡＮＧＬｅｉ，ＪＩＮＧｕａｎｇＡＮＹｕａｎ（犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３３，犆犺犻狀犪）犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉，犈犿犪犻犾：犪狀狔＠犮犻狅犿狆．犪犮．犮狀犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔ

4、ｅｒｉａｌｓａｎｄｍｅｔａｌｓｅｍｂｅｄｄｅｄｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｌａｙｏｕｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎａｃｏａｘｉｌｔｈｒｅｅｍｉｒｒｏｒｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｔｔｒｉｂｕｔｅｓｏｆｔｈｅＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｅｄＰｌａｓｔｉｃ（ＣＦＲＰ），ｔｈｅｍａｉｎｂａｃｋｂｏｎｅｏｆｔｈｅｃａｍｅｒａｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｗｉｔｈＣＲＦＰａｎｄｔｉｔａｎｉｕｍｂ

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7、项目（Ｎｏ．２０１０ＡＡ７０２０１０３）第１２期安源，等：基于碳纤维复合材料的空间相机高比刚度主承力板优化设计４１７２ｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｒｅ０．３１３ｇ／ｃｍａｎｄ４７９．２Ｈｚ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｓｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅＣＦＲＰｍａｉｎｂａｃｋｂｏｎｅｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ｈｉｇｈｄｙｎａｍｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｇｏｏｄｓｕｒｆａｃｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｆｏｒｓｐａｃｅｃａｍｅｒａｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｐａｃｅｏｐｔｉｃａｌｃａｍｅｒａ；ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅ

8、ｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃ（ＣＦＲＰ）；ｍａｉｎｂａｃｋｂｏｎ