超轻空间相机主支撑结构优化设计

CIOMP OpenIR

	超轻空间相机主支撑结构优化设计
	柯善良
学位类型	硕士
导师	张雷
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	硕士
关键词	微型载荷超轻量化主支撑结构拓扑优化集成优化
摘要	航天遥感技术的快速发展,使其在国计民生、国防安全等诸多领域发挥着更加重要的作用。新时期遥感应用对光学载荷提出了更苛刻的要求,迫切需求高分辨率、高轻量化的遥感相机。高分辨率、高轻量化的遥感相机系统更加敏感,对各光学元器件的位置精度要求更高。主承力支撑结构是用来固定载荷各光学元件,并保证各光学元件位置精度的关键结构件,超轻高稳定载荷主支撑结构技术的研究是超轻化空间相机最重要的技术难题之一。本文针对某微型空间相机(口径大于200mm,主次镜间距不小于300mm,相机整机质量低于5kg),设计了一种超轻高稳定主支撑结构,从材料选择、结构拓扑、尺寸优化等方面对其进行了优化设计。对空间相机主支撑结构常用材料性能进行了比较和选型,确定了比刚度高、力热性能优异的高体分复合材料作为本文中微型载荷主支撑结构的设计、制备材料。结合超轻空间相机结构设计要求以及光学系统的特点,设计了三种主支撑结构方案,并以基频为约束、重量最小为目标分别对这三种方案进行了优化设计。对优化后的结构分别进行了工程分析,对三种不同主支撑结构的性能进行了比较,在此基础上,提出了一种薄壁筒与支撑杆相结合的一体化主支撑结构方案,并分别建立了一体化组合式主支撑结构初始模型和主支撑结构底板初始模型。采用全局集成优化方法对组合式主支撑结构开展了以重量和动力学参数为目标的多目标尺寸优化设计研究。以基频、重量为优化目标,集建模、分析、计算、优化于一体,对主支撑结构进行了尺寸优化。完成超轻高稳定主支撑结构设计后,对相机系统(包括:主镜组件、次镜组件、主支撑结构)进行了正弦和随机响应分析,验证了优化设计方法的合理性。研制了微型载荷的力热样机,并对力热样机进行了动力学试验,获得了力热样机的模态振型以及正弦和随机振动的加速度响应结果,验证了整机的动力学性能。结果表明本文设计的超轻主支撑结构可以保证整机的稳定性和各光学元件的位置精度。试验与仿真分析结果对比表明了有限元模型和分析的准确性,同时验证了本文优化设计和分析方法的正确性。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61559
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	柯善良. 超轻空间相机主支撑结构优化设计[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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超轻空间相机主支撑结构优化设计.caj（6664KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文