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1.23m SiC轻量化主镜柔性支撑技术的研究

作　者: 刘婷毓
导　师: 张景旭
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 大口径望远镜主镜 SiC 轻量化支撑技术
分类号: TH743
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

主镜作为大口径望远镜系统当中的关键部件,其选材、轻量化形式及支撑方式都对望远镜的成像质量有直接影响,因此主镜的研究对于发展大口径望远镜技术至关重要。本文以1.23m SiC望远镜为例,研究了其主镜的材料SiC及其轻量化结构,并设计出相应的支撑结构,为课题组某大口径望远镜的研究提供参考。首先,通过查阅大量相关文献,全面介绍了常见望远镜主镜材料及其国内外发展现状,总结出SiC材料的优缺点；同时,本文全面的介绍了常见的镜子轻量化形式,结合SiC的材料特性,采用扇形孔及“三明治”形式,设计出一种满足设计要求的主镜轻量化结构。其次,在查阅大量文献的基础上,总结了国内外大口径望远镜主镜支撑的发展现状,对其中的关键技术进行了对比分析,提出了一种全柔性1.23m SiC主镜支撑系统。该系统包括柔性轴向支撑和柔性侧向支撑。其中,柔性轴向支撑采用由18根细压杆组成的whiffle-tree结构,18根细压杆作为轴向支撑的柔性环节；柔性侧向支撑采用6组由柔性铰链构成的A-frame结构,柔性铰链作为侧向支撑的柔性环节。在以上设计的基础上,对轻量化SiC主镜进行建模,对其进行有限元仿真分析。另外,对支撑系统进行建模,分析并优化了轴、侧向柔性支撑结构中的关键参数。同时,分析了整体系统在不同工况下的镜面面形精度、刚体位移等。通过有限元的仿真分析,验证了支撑系统的可行性,并对对后续工作进行了展望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-21
  1.1 引言  11-13
  1.2 反射镜材料  13-18
    1.2.1 传统反射镜材料  14-15
    1.2.2 新型反射镜材料——SiC  15-16
    1.2.3 SiC反射镜的研究现状  16-18
  1.3 论文主要研究内容和方法  18-19
    1.3.1 论文主要研究内容  18
    1.3.2 论文主要研究方法  18-19
  1.4 本章小结  19-21
第2章 1.23mSiC主镜及其轻量化结构设计  21-29
  2.1 引言  21
  2.2 主镜参数及技术要求  21
  2.3 SiC主镜的轻量化  21-25
    2.3.1 轻量化形式  21-23
    2.3.2 轻量化孔  23
    2.3.3 1.23mSiC主镜轻量化结构的设计  23-25
  2.4 轻量化主镜有限元模型的建立  25-26
  2.5 轻量化主镜有限元仿真分析及优化  26-27
  2.6 本章小结  27-29
第3章主镜支撑理论及方法  29-51
  3.1 引言  29
  3.2 主镜支撑原则  29-30
  3.3 支撑对反射镜面形的影响  30-35
    3.3.1 反射镜面形精度的评价  31
    3.3.2 轴向支撑对面形精度的影响  31-32
    3.3.3 侧向支撑对面形精度的影响  32-35
  3.4 轴向支撑  35-42
    3.4.1 Whiffle-tree结构  35-37
    3.4.2 静定杠杆支撑  37-38
    3.4.3 充气支撑(气袋或气囊)  38-40
    3.4.4 气垫及液压垫支撑  40-42
  3.5 侧向支撑  42-49
    3.5.1 理想侧向支撑  42-43
    3.5.2 Whiffle-tree结构  43-44
    3.5.3 静定杠杆结构  44-45
    3.5.4 A-frame结构  45-46
    3.5.5 水银带支撑  46-47
    3.5.6 带式和滚轮链式支撑  47-48
    3.5.7 推拉支撑  48-49
  3.6 本章小结  49-51
第4章 1.23m SiC主镜支撑方案设计  51-61
  4.1 引言  51
  4.2 支撑总体方案  51
  4.3 柔性支撑  51-52
  4.4 轴向支撑设计  52-55
  4.5 侧向支撑设计  55-57
  4.6 其他结构的设计  57-59
    4.6.1 中心定位机构  57-58
    4.6.2 主镜室  58-59
  4.7 总体结构  59-60
  4.8 本章小结  60-61
第5章主镜支撑系统仿真分析  61-91
  5.1 引言  61
  5.2 有限元模型的建立  61-63
  5.3 主镜轴向支撑的分析与优化  63-71
    5.3.1 压杆失稳  63-64
    5.3.2 压杆柔度  64-70
    5.3.3 轴向支撑下的主镜面形  70-71
  5.4 主镜侧向支撑的分析与优化  71-85
    5.4.1 柔性铰链  71-73
    5.4.2 侧向支撑结构的分析与优化  73-84
    5.4.3 侧向支撑下的主镜面形  84-85
  5.5 主镜支撑系统的分析  85-88
  5.6 本章小结  88-91
第6章总结与展望  91-93
  6.1 本论文完成的主要工作  91
  6.2 本论文的创新点  91
  6.3 下一步工作展望  91-93
参考文献  93-95
在学期间学术成果情况  95-96
指导教师及作者简介  96-97
致谢  97

1.23m SiC轻量化主镜柔性支撑技术的研究

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