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第7卷 第4期2014年8月 中国光学 Chinese Optics Vol.7 No.4Aug.2014 收稿日期:2014⁃03⁃25;修订日期:2014⁃05⁃18文章编号 2095⁃1531(2014)04⁃0552⁃07大口径轻质SiC 反射镜的研究与应用赵汝成1,2∗,包建勋1,2(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.光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室,吉林长春130033)摘要:介绍了大口径轻质碳化硅反射镜镜坯的基本结构、性能测试指标、国内应用及发展前景;阐述了碳化硅凝胶注模成型(Gel⁃casting)、反应烧结SiC(RB⁃SiC)与压力成型、常压烧结SiC(SSiC)两种国内主要制备大口径轻质碳化硅反射镜的方法;并对两种方法制备得到的ϕ1.45m 碳化硅镜坯的性能、测试数据及光学加工后的光学特性进行分析和比对,提出存在的问题,以供商榷,进而促进国内大口径轻质碳化硅反射镜的研究和发展。
关 键 词:碳化硅;大口径碳化硅反射镜;制造工艺中图分类号:TH743 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20140704.0552Investigation and application of large scale lightweight SiC mirrorZHAO Ru⁃cheng 1,2∗,BAO Jian⁃xun 1,2(1.Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China ;2.Key Lab of Optics System Advanced Manufacturing Technology ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :zhaoruchengciomp@Abstract :The structures,performances and applications of large scale lightweight SiC mirror blank were in⁃troduced.Two fabricating process dominating in our country,namely gel⁃casting forming followed by reaction sintering(RB⁃SiC)and Sintered Silicon Carbide(SSiC)via pressure molding and pressureless sintering,wereelaborated which were adopted to produce ϕ1.45m lightweight SiC mirrors.By comparing the performances,testing results and optical properties SiC mirrors fabricated via two different processes mentioned above,we an⁃alyse the problems existing in the fabricating process to further improve the development of large scale light⁃weight SiC mirror.Key words :SiC;large scale SiC mirror;fabricating processing1 引 言 随着空间科学研究的迅猛发展,涉及深空探测、天文光学及对地观测等领域的研究已成为发达国家的一个主要研究目标。
超轻量化SiC反射镜的制备及性能董斌超;张舸【摘要】采用真空辅助凝胶注模和反应烧结法制备了面密度分别为9.35和11.7 kg/m2,直径分别为200和500mm的两块超轻量化SiC反射镜,检测了反射镜的主要性能.结果显示:由于在真空环境下浇注,坯体没有宏观缺陷.材料中细小SiC颗粒的存在使材料具有相对较高的抗弯强度(335 MPa)和断裂韧性(4.5 MPa· m1/2).此外,反射镜材料金相组织中未出现明显的SiC颗粒定向排列,具有较好的各向同性度:不同方向热膨胀系数差异小于3％,模量差异为1.3％.镜坯经过光学加工后面形误差(RMS值)为0.043λ(λ=632.8 nm),表面粗糙度(Ra值)优于5 nm.实验表明,真空辅助凝胶注模成型结合反应烧结工艺制备的超轻量化SiC反射镜各方面性能良好,适用于制备空间相机用反射镜.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)008【总页数】7页(P2185-2191)【关键词】光学制造;SiC;超轻量化反射镜;真空辅助凝胶注模;反应烧结【作者】董斌超;张舸【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TH7031 引言随着空间光学遥感系统分辨率的不断提高，光学系统的口径越来越大，其质量也随之增加，从而导致整个光学遥感系统的质量、复杂程度以及发射成本大幅度上升。
折返式或全反式光学系统的主要部件——主反射镜决定了光学系统的质量，因此主反射镜的超轻量化技术变得非常重要和有意义［1］。
SiC具有优异的力学性能、良好的热学和光学加工性能，是一种很有优势的空间反射镜材料［2－4］，目前超轻量化SiC反射镜已成为国内外研究和关注的热点。
美国Xinetics、SSG、POCO和德国IABG等单位已采用不同的工艺制备出几百毫米到米级的超轻量化SiC反射镜，面密度均小于25kg／m2，IABG所制备的SiC 反射镜面密度甚至达到了8kg／m2［5－6］。
大口径超轻型反射镜定位和支撑方案研究大口径超轻型反射镜定位和支撑方案研究摘要：本文研究了大口径超轻型反射镜的定位和支撑方案。
首先介绍了大口径超轻型反射镜的应用和优势，并对反射镜的制造工艺进行了简介。
然后详细叙述了反射镜的定位和支撑方案，包括定位精度、支撑方式、支撑结构等方面。
最后结合实际情况，分析了反射镜在使用过程中可能出现的问题，并提出了相应的解决方案。
关键词：反射镜；大口径；超轻型；定位；支撑1. 引言大口径反射镜在太空望远镜和地面望远镜中广泛应用。
比如，在太空望远镜中，远程观察需要高精度反射镜作为光学透镜。
而在地面望远镜中，大口径反射镜可以避免大气湍流的影响，提高观测质量。
然而，大口径反射镜制作难度大，且重量较大，需要精确的定位和支撑方案。
2. 大口径超轻型反射镜的制造工艺超轻型反射镜是近年来研究的一种新型反射镜，主要依靠材料技术的进步和制造技术的提高，将传统的玻璃反射镜转化为轻型复合材料的反射镜。
相比传统反射镜，超轻型反射镜具有重量轻、成本低、精度高等优势。
其制造过程主要包括设计、模具制作、复合材料成型、热处理等步骤。
3. 反射镜的定位和支撑方案反射镜的定位和支撑是反射镜系统中重要的技术难点。
该部分涉及定位精度、支撑方式、支撑结构等方面。
3.1 定位精度精确定位是保证反射镜高精度调焦的重要环节。
为了提高定位精度，需要将反射镜的形状和位置信息反馈到控制系统中，通过反馈控制实现定位。
目前常用的定位方式包括焦距变化法、偏置法和相位控制法等。
其中，相位控制法是一种高精度和实时性较好的方法。
3.2 支撑方式反射镜支撑方式的选择是影响系统稳定性和成像质量的重要因素。
目前主要的支撑方式包括三点支撑、四点支撑、分段支撑等。
其中，四点支撑是一种简单有效的支撑方式，可以保证反射镜稳定性和成像质量。
3.3 支撑结构支撑结构的设计需要考虑反射镜的形状、尺寸和重量等因素。
常用的支撑结构包括刚性支撑和柔性支撑。
刚性支撑适用于大口径反射镜，它能够保证反射镜的形状保持不变，但在振动环境下容易破坏反射镜。
4mSiC轻量化主镜的热控系统设计研究的开题报告
一、研究背景
4mSiC轻量化主镜是目前国内最大的全反射式太阳望远镜主镜，其直径为4米，重量仅为5吨。
该主镜使用了碳化硅材料，具有高的材料硬度和热稳定性，能够避免光学畸变和热变形，提高天文观测的精度和质量。
然而，顶尖天文望远镜的观测需要在高海拔、低温度、低湿度等极端环境条件下进行，这就需要主镜具有优秀的热控制能力，以调节主镜表面温度，避免光学畸变和热变形。
因此，设计一套高效、稳定的热控系统，对于4mSiC轻量化主镜进行顶尖天文观测有着重要的意义。
二、研究目标
本研究旨在设计一套符合4mSiC轻量化主镜特性的热控系统，能够实现对主镜表面的温度控制，以保证天文观测的质量和精度。
具体目标如下：
1. 分析主镜表面温度随环境变化的变化规律，确定温度控制的策略和热控系统的参数；
2. 设计主镜温度传感器和温度调节器，测量和控制主镜表面温度；
3. 针对主镜可能遇到的极端温度情况，设计一套散热系统和加热系统，保证主镜温度始终处于合理范围内；
4. 对热控系统进行仿真和实验测试，验证系统的稳定性和可行性。
三、研究方法
本研究主要采用以下方法：
1. 计算和仿真：采用有限元分析方法和ANSYS软件对主镜表面温度进行模拟和设计主镜热控系统。
2. 实验研究：通过构建实验平台，对设计的热控系统进行验证和测试，验证系统的稳定性和可行性。
四、研究意义
本研究将为我国主流金属轻量化备选材料制造技术的推广和应用奠定科技基础，推动我国望远镜领域研究取得创新性成果，具有重要的意义。
同时，本研究将为国家重大科学工程的顺利实施提供技术支撑，具有重要的应用价值。
30文|陈利 左腾大口径空间反射镜轻量化设计研究摘要：本文对大口径空间反射镜的轻量化设计进行了研究，阐述了选取大口径空间反射镜应选取高强度/比刚度、良好的耐热冲击和热变形性、良好的空间稳定性的材料，同时要综合考虑材料本身的成本和加工工艺难度。
其次给出了当前较常见的三种大口径空间反射镜的轻量化结构形式，说明了三种结构形式各自的优点及设计时需综合考虑的因素。
关键词：大口径空间反射镜；反射镜材料；轻量化作为折转式光学系统特别是光谱仪或者空间相机等反射光学系统的核心元件，大口径空间反射镜的结构稳定性设计、布置与支撑对仪器整体性能有极大影响，与此同时当前光谱仪或者空间相机等仪器设备的性能对于视场、作用距离、分辨率、成像质量的要求也越来越高，反射镜的口径也随之越来越大，其自身质量也随之不断增加，这使得反射镜的轻量化与柔性支撑设计也越来越困难，同时光谱仪及空间相机等设备在使用时都要面临高低温循环变化、振动冲击等各类热力学和动力学环境的综合作用影响，在这些过程中反射镜由于自身材料及重量的限制可能会出现结构形变、屈服变形、疲劳破坏等现象，会严重影响仪器的使用和寿命。
此时就需要反射镜在保证自身大口径的同时确保具有较低的自身重量和足够的刚度、强度和环境热稳定性，因此大口径空间反射镜的轻量化设计就显得尤为重要。
一、大口径空间反射镜材料选取大口径空间反射镜材料的选取需符合以下要求：1、高比刚度与高强度高比刚度和高强度的材料能确保反射镜有较小的重力变形和足够的结构稳定性，以确保反射镜在空间工作时不会产生影响光学系统工作性能的重力形变超差或结构破损。
2、良好的热稳定性与空间环境稳定性空间反射镜在工作时会面临宽幅域的环境温度和剧烈变化的环境温度冲击，良好的热稳定性材料可以确保反射镜在环境温度变化时不会产生较大的热形变，从而确保反射面的面型和工况系数。
3、较好的机械可加工性与光学可加工性选取较好的机械可加工性和光学可加工性材料可以降低反射镜在加工时的工艺难度、缩短加工周期，从而降低加工成本，且成熟的加工工艺可以确保反射镜的工艺加工质量。
第32卷第4期2006年7月 光学技术OP T ICA L T ECHN IQ U E V ol .32No .4July 2006 文章编号:1002_1582(2006)04_0584_03超轻量化SiC 反射镜有限元分析及应用余建军,黄启泰(苏州大学现代光学技术重点实验室,江苏苏州 215006)摘 要:对超轻量化SiC 反射镜进行了有限元分析。
设计了超轻量化SiC 反射镜的镜体结构。
采用M SC .N astran 分析软件对其进行了有限元工程分析。
分析结果表明,可满足SiC 反射镜面形精度的要求和轻量化的要求。
介绍了一种SiC 反射镜无镜框支撑结构。
关键词:SiC 反射镜;有限元分析;轻量化;支撑结构中图分类号:T H706 文献标识码:AAnalysis and application of the finite elementmethod of the super lightweight SiC mirrorYU Jian _jun ,HU AN G Qi _tai(Soochow University ,Suzhou 215006,China )Abstract :T he super lightweig ht SiC mirror is analy zed using finite element method (FEM )to the requirement of the sys -tem 's technolog y .T he mirro r structure of the super lightweig ht SiC mirror and the circumstance o f sustaining are designed .T he M SC .N astran softw are is used to analyze the F EM project .T he analysis results show that the precision requirement and the requirement of the super lig htw eight of the SiC mirror are satisfied ,A none _frame sustaining structure of the SiC mirror is introduced .Key words :SiC M irror ;finite element method ;lig htw eight ;sustaining structure1 引 言由于空间光学系统使用条件的特殊性和像质要求的不断提高,对非球面反射镜的轻量化要求也越来越高。
超轻量化SiC反射镜的优化设计
江浩;张雷
【期刊名称】《电光与控制》
【年(卷),期】2017(024)007
【摘要】针对空间光学遥感器对大口径主反射镜质量轻、面形精度高的要求,设计了一种超轻量化SiC反射镜.首先确定反射镜的轻量化方案,之后采用集成优化方法,在ISight软件平台上集成几何建模、有限元分析和面形拟合等设计流程并自动化运行.反射镜结构参数为优化变量,镜体质量和面形精度RMS值为目标函数.采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)对集成优化模型进行多目标、全局性的优化求解.最后结合制造工艺调整优化结果,得到反射镜的最终设计方案并仿真分析.结果表明,反射镜的质量为11.4 kg,面密度为37 kg/m2,光轴水平工况下面形RMS值为1 nm,一阶自由模态频率为1100 Hz.结果验证了所提出的集成优化方法的有效性.【总页数】4页(P66-69)
【作者】江浩;张雷
【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;长光卫星技术有限公司,长春 130102
【正文语种】中文
【中图分类】TH703
【相关文献】
1.超轻量化SiC反射镜的制备及性能 [J], 董斌超;张舸
2.超轻量化反射镜:C/SiC的最新进展 [J], 郝寅雷
3.长条形SiC空间反射镜轻量化结构优化设计 [J], 齐光;李景林;王书新;任建岳
4.Φ500mm超轻量化SiC反射镜结构优化设计 [J], 赵宇;苏成志;赵贵军;杨光
5.Ф210mm超薄超轻SiC反射镜多目标集成优化设计 [J], 张雷;柯善良;李林;贾学志;杜一民
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