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大口径反射镜轻量化及其支撑结构设计李畅;何欣【摘要】为了满足大口径（800mm ×400mm）矩形轮廓反射镜的结构稳定性设计要求，采用背部3点支撑方式，基于Bipod原理，为某超宽覆盖空间的相机主镜设计了一种新型柔性支撑结构。
分析了反射镜各结构参量对其质量和刚度的影响，选取其中影响较大的参量作为设计变量，对镜体轻量化结构进行了优化设计，并进行了有限元分析。
结果表明，优化设计后的反射镜组件具有较好的力学适应性、温度适应性和动态刚度。
振动试验结果与有限元分析结果相符，证明了其准确性。
%In order to satisfy the structure stability of a large rectangle mirror (800mm ×400mm), a novel flexible supporting structure of space camera primary mirror with super wide coverage was designed by Bipod principlein which three supporting points were adopted in backside of themirror .The influence of the structure parameters on the mass and stiffness of the mirror was analyzed .The parameters which had significant effect were chosen as the design variables and the optimization design of mirror lightweight structure was carried out .The finite element analysis was conducted .The results indicate that the mirror structure has better mechanical adaptability , thermal adaptability and dynamical stiffness .The results of finite element analysis are consistent with the results of vibration test .【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P337-340)【关键词】光学制造;结构设计;大口径反射镜;轻量化;支撑结构【作者】李畅;何欣【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033; 中国科学院大学，北京100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033【正文语种】中文【中图分类】TN202引言随着科学技术的不断发展以及对地观测要求的不断提高，高分辨率、宽覆盖的空间相机逐渐成为光学遥感器的发展趋势，因此，通常采用具有长焦距、大口径、大视场等特点的离轴三反光学系统［1-2］。
光学反射镜柔性支撑方式静态分析与计算[摘要] 本文采用非线性有限元分析方法，以球铰支撑结构的反射镜为例，最大程度地模拟实际结构,并将罚函数的摩擦形式引进到摩擦接触对中，进行实际模型的解算，使得分析结果更加精确。
同时对全固定支撑方式分析结果进行比较，说明了球铰支撑静态环境下工作的稳定性。
[关键词] 有限元球铰静态1.引言由于反射镜组件在使用环境的温度变化以及不可克服的重力场等因素作用下，都会引起参与成像的反射镜发生变形，从而造成光学反射镜的面形精度下降，最终导致成像质量的降低。
合理的支撑方式会较大程度的减小环境因素对光学成像系统的影响，而在支撑方式中设置一定程度柔性环节是行之有效的方法，特别是在空间环境下的空间望远镜、空间遥感器中采用柔性结构就更加普遍。
柔性结构有多种形式，如柔性弹簧片、球铰支撑等等多种形式。
本文利用非线性有限元工程分析对某型光学反射镜球铰支撑方式进行了静态分析和评价【1-2】。
2.球铰支撑反射镜组件工程分析本文所研究的反射镜及其支撑结构如图1所示。
其主要结构件由衬套、圆锥压块、球头、顶丝构成【3】。
2.1球铰支撑的基本形式反射镜通光孔径为800mm×600mm，球半径5200mm，反射镜最小厚度为115mm，材料为sic。
由于长条反射镜孔径较大，所以采用9点支撑形式，如图1所示。
反射镜与支撑件之间用殷钢锥套过渡，并且将殷钢线胀系数调节到与反射镜的一致，以实现反射镜的温度适应性。
球头的球半径24mm，所选用的殷钢材料与上下圆锥压块、衬套相同，其线胀系数调配得也与反射镜材料相同。
在实现局部三点定位后，再通过小三角板实现三点到一点的过渡，并且最终通过大三角板过渡后实现九点到三点定位。
4块三角板材料选用钛合金，以便降低质量，所选材料的属性见表1。
衬套与反射镜的镜体胶接在一起，通过备紧顶丝将两个圆锥压块与球头压紧，而球头尾杆又通过锁紧螺母与三角板联接。
图1 反射镜及其球铰支撑结构表1反射镜组件选用主要材料属性表材料10-6kg/mm3 egpa μ smpa a10-6 /°c碳化硅 3.12 320 0.18 360 2.15钛合金 4.4 114 0.29 890 8.90殷钢8.3 150 0.25 510 2.15…2.2建立有限元模型2.2.1有限元模型的划分原则在实体几何模型的基础上应用msc.patran有限元分析软件对几何实体进行有限元模型划分。
技术论坛TECHNOLOGY FORUM中国航班CHINA FLIGHTS 34摘要：本文以航空相机为研究主体，以反射镜所适用支撑结构为研究内容，在对航空相机进行介绍的基础上，从反射镜、支撑结构及主次镜连接等方面，分别提出了切实可行的设计方案，希望能够给人以积极影响，通过减小面形误差的方式，使航空相机被赋予价值得到应有实现。
关键词：反射镜；航空相机；支撑结构相机光学系统由折反、折射组成，其中，折反系统拥有相对简单的结构，可经由折转光路的方式，减小系统质量和体积，折射系统的优势则是成像品质较高，但是，玻璃光学特性给系统实现带来了较大影响，例如，均匀性、折射稳定性，如何使现存问题得到解决，为航空相机的应用提供便利，自然成为研究重点。
1航空相机概述机载光电平台所对应有效载荷中，最具代表性的为航空相机，恶劣且严苛的工作环境，电磁、振动等影响的存在，均使航空相机面临着严峻考验，要想使其拥有理想的成像水平和质量，关键是对结构设计工作引起重视，增强光学元件所对应面形与定位精度。
由于折射光学系统往往对小口径透镜加以运用，对镜片面形所提出要求也较为宽松，因此，有关人员只需利用压圈对镜片进行压紧，就可使其正常运行，但是，反射镜各部分所对应膨胀系统，通常有较为明显的差异存在，若对传统方法进行沿用，较易导致热变形的情况出现，进而给成像质量带来影响。
这就要求有关人员，在设计支撑结构时，对外界温度引起重视，尽量避免温度变化导致反射镜受到影响的情况出现。
2支撑结构设计2.1相机反射镜结合现有技术可知，反射镜应满足如下要求：导热率高、比刚度大、稳定性与匹配性良好。
卡塞格林主镜满足凹球面镜特征，在设计支撑结构时，有关人员应对以下参数加以明确：其一，中心通口为80毫米；其二，镜片厚度为45毫米；其三，口径为300毫米；其四，曲率半径为580毫米[1]。
主镜背面有凸台存在，通过胶粘的方式，被固定在支撑法兰上，制作反射镜的主要材料为碳化硅，旨在为光学元件所表现出质量和性能提供保证。
空间光学遥感器主反射镜支撑结构综述李宗轩1，2（1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春吉林 1300312.中国科学院研究生院，北京,100039）摘要：空间光学遥感器正向着高地面分辨率，宽覆盖面积，高光谱分辨率和宽光谱带宽的方向发展。
光学系统的主反射镜是整个系统至关重要的环节，直接影响成像质量。
现代的高分辨率空间相机其主反射镜直径一般大于500mm，对自重、空间力学环境和温度影响更加敏感。
其支撑结构的设计就尤为重要。
文章简要分析了主反射镜支撑系统的特殊技术要求，针对这些要求，介绍了几种国内外主镜的支撑结构形式，并讨论了支撑结构设计设计中要注意的几个问题。
最后介绍了空间光学遥感器主镜支撑技术的几个发展方向。
关键词：空间光学遥感器；主反射镜；支撑结构；热补偿1 引言现代空间光学遥感器地面覆盖面积越来越大，地面分辨率越来越高，长焦距、大视场、和大通光口径已经成为其发展的必然趋势。
随着遥感器口径的增大，尤其是光学系统尺寸的增大，带来了许多技术问题，主要表现为空间遥感器的精度、稳定性以及质量等与其应用需求之间的矛盾。
反射镜是反射式光学系统的关键部件，其面形精度要求非常高，通常面形误差要求在可见光波长量级及以上，不超过100nm。
反射镜支撑系统直接影响着反射镜保持面形精度的能力，其成为大口径反射镜工程应用中的最关键技术之一。
随着光学系统主反射镜直径的不断增大，使得反射镜面形受自重力和温度梯度的影响尤为突出。
为了更好地满足大口径光学系统的高性能要求，必须对其主反射镜其进行轻量化设计，以减轻自重变形的影响。
主镜在轻量化以后，随着轻量化率的增加，虽然比刚度在提高，但其结构绝对刚度却在下降，因此镜面对支撑应力的敏感度也在迅速增大。
同时，空间环境温度的改变也易通过支撑结构引起反射镜的面形变化。
进入空间近地轨道以后，在地面已达到工程使用要求的主镜由于自重的消失和复杂的外界温度的变化，镜面面形也易发生变化，偏离设计和加工的要求，直接影响空间相机的成像质量。
