薄膜衍射主镜拼接机构优化设计

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1、硕士学位论文薄膜衍射主镜拼接机构优化设计OPTIMIZATIONDESIGNOFSPLICINGMECHANISMFORMEMBRANEDIFFRACTIONPRIMARYMIRROE韩素哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP703学校代号：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文薄膜衍射主镜拼接机构优化设计硕士研究生:韩素导师:谭凡教申请学位:工学硕士学科:光学工程所在单位:航天学院答辩日期:2018年6月授予学位单位:哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP703U.D.C:621Dissertationforthe

2、MasterDegreeinEngineeringOPTIMIZATIONDESIGNOFSPLICINGMECHANISMFORMEMBRANEDIFFRACTIONPRIMARYMIRROECandidate:HanSuSupervisor:TanFanjiaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:OpticalEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauticDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Inst

3、itution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高精度大口径望远镜是空间光学领域重要的研究内容。与反射式光学系统相比，以薄膜材料为镜面的衍射成像方式，具有能够实现大口径、轻量化等特点，并能显著节省制造和发射成本。子镜拼接技术是实现大口径的另一种方式，近年来也得到了人们的广泛关注，子镜拼接技术是将小口径子镜按照一定的规律拼接成大口径主镜，该种拼接方式能有效减小发射运载火箭的体积、承载重量，具有广阔的应用前景。本文针对薄膜衍射拼接光学系统的地面装置，从薄膜镜面面形分析、拼接装置结构设计到装置精度进行了研究，

4、主要研究内容分为以下几个方面：首先，基于薄板大变形理论以及有限元分析软件计算了薄膜子镜在重力作用下的变形，分析了子镜在各种工况下面形分布规律，采用施加预应力的措施将面形精度提高到了PV≤0.15μm；其次，设计了薄膜衍射主镜拼接机构，该机构能够实现薄膜子镜沿三个坐标轴的平移和旋转运动，针对机构中主要设计元件进行了结构、尺寸、刚度等计算和分析，经分析驱动轴整体的调整精度可以达到0.3nm，轴向拉伸刚度为18.6N/μm，径向弯曲刚度为0.0074N/μm；最后，对薄膜子镜拼接装置进行耦合及精度分析，通过建立子镜与调整元件之间的几何关系模型，求解其耦合方程，建立

5、参数调节矩阵，采用有限元分析了耦合拼接精度以及整个装置的拼接精度，精度分析结果显示：经过解耦拼接之后主镜平移误差最高为0.354μm<0.5μm，转动误差最高为1.03μrad<4.85μrad，子镜面形PV值达到了0.1342μm<0.15μm，均满足本文所给技术要求，从而完成整个拼接装置的优化设计。关键词：薄膜子镜；拼接；六自由度；解耦；有限元-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractItisanimportantresearchareatodevelopmenthigh-precisionandlarge-aperturetelescopes

6、inthefieldofspaceoptics.Comparedwiththereflectiveopticalsystem,thediffractiveopticalsystemmadebymembranematerialhasthecharacteristicssuchaslargeapertureandlightweight,thediffractiveopticalsystemcanreducethecostsofmanufacturingandlaunchsignificantly.Thesub-mirrorslicingtechnologyisa

7、notherwaytorealizelargeaperture,andthistechnologyhasreceivedwidespreadattentioninrecentyears.Usingthistechnologylarge-aperturemainmirrorsaremadebysplicingsomesmall-aperturesub-mirrorsaccordingtoacertainrule,thevolumeandweightcanbereducedeffectivelybyusingthesplicingmethod,soithasbo

8、ardapplicationinthefuture.