空间反射镜拓扑优化及其支撑技术研究

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1、密级:硕士学位论文空间反射镜拓扑优化及其支撑技术研究作者姓名：相萌指导教师：李福研究员中国科学院西安光学精密机械研究所学位类别：工学硕士学科专业：光学工程研究所：中国科学院西安光学精密机械研究所2015年5月ResearchonthetopologyoptimizationandsupportofthespacemirrorByADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngine

2、eringXi’anInstituteofOptics&PrecisionMechanics,ChineseAcademyofSciencesMay,2015科研道德声明秉承研究所严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中所引用的内容都已给予了明确的注释和致谢。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：知识产权声明本人完全了解中科院西安光学精密机械研究所有关保护知识产权的规定，即：研究生在所攻读学位

3、期间论文工作的知识产权单位系中科院西安光学精密机械研究所。本人保证离所后，发表基于研究生工作的论文或使用本论文工作成果时必须征得产权单位的同意，同意后发表的学术论文署名单位仍然为中科院西安光学精密机械研究所。产权单位有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；产权单位可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：导师签名：日期：日期：致谢致谢三年的硕士生涯即将结束，我有太多要感谢的人。感谢我的研究生导师李福研究员，本文的研究工作是在李福老师的精心指导下完成的。在三年的研究生生涯中我不仅仅学到了专

4、业知识，更是被李老师严谨求实的治学作风，和敬业奉献工作精神深深感染。三年来李老师为我提供了很多锻炼的机会，这些对于我个人能力的提升有很大的帮助，我要再次向敬爱的李福老师表达衷心的感谢，祝李老师工作顺利，生活顺心。感谢那些曾给予我帮助的师兄和同学，王超师兄、赵意意师兄和王欣师兄在学习上都曾给与了我很大帮助，在完成文章期间，也给了我很多帮助和指导。感谢课题组的同学们，平时和他们探讨问题也让我学到了很多知识，他们对于我的文章也提出了很多好的建议。感谢这三年陪我度过的同学，与你们一起奋斗一起欢笑并一起进步，让我觉得三年硕士生活与众不同，感谢我的室友费小云在生活上给予我的帮助。祝福

5、大家前程似锦。最后还要特别感谢我的家人，感谢他们在我成长过程中不懈的支持和鼓励，为我提供了坚持的动力。相萌2015年4月I摘要摘要随着空间光学技术的不断发展，空间光学遥感器在空间探测、天气预报、军事侦察、海洋研究等领域都发挥了非常重要的作用。反射镜作为空间光学遥感器光学系统的关键部件，其面形精度对整个遥感器的成像质量有着不容忽视的直接影响。在未来大口径反射镜必将成为空间光学技术发展的重要趋势，然而反射镜口径的增大会使反射镜自重变形以及由温度变化而引起的热变形急剧增加，整个系统的运输发射等成本也会大大增加；反射镜的质量增加也会使支撑结构的设计难度增大很多。这也要求我们必须在

6、尽量减重的条件下设计出合理的轻量化结构与柔性支撑结构，才能保证整个系统的光学性能满足要求。而传统的轻量化设计很难同时满足这些要求，拓扑优化技术作为一种新型的轻量化方法是当前空间光学遥感技术研究的重要方向，且目前反射镜拓扑优化研究较多的是针对圆形反射镜，而本文研究对象是长条形反射镜，其尺寸为800mm*240mm。长条形反射镜的轻量化设计与支撑设计与圆形反射镜都存在较大差别，所以本文针对长条形反射镜的拓扑优化与柔性支撑结构设计，主要做了以下几方面的工作：分析对比了长条形反射镜不同轻量化方法和支撑结构的优缺点；针对空间环境条件，将传统轻量化方法与拓扑优化方法进行对比，得出的反

7、射镜拓扑优化结构不论是在轻量化率还是面形精度上都要优于传统轻量化结构。选用背部三点柔性支撑结构完成了反射镜支撑组件的设计，并通过对柔性铰链参数和支撑板拓扑进行优化，确定了组件的整体结构。对有限元软件得到的镜面变形数据进行Zernike多项式拟合，获得可用于光学面形评价的结果，并完成了反射镜组件的静力学与动力学分析，柔性结构支撑下的反射镜组件在不同工况下的反射镜面形精度PV值小于λ/10，RMS值小于λ/50（λ=632.8nm），前三阶谐振频率均远远高于结构的固有频率。分析结果表明反射镜组件满足空间应用要求。整个反射镜组件能够