星载临边光谱仪反射镜组件优化设计分析

作     者：叶帅 曾议 鲁晓峰 刘凤垒 朱磊 陈军 江宇 赵敏杰 周海金 司福祺 YE Shuai;ZENG Yi;LU Xiaofeng;LIU Fenglei;ZHU Lei;CHEN Jun;JIANG Yu;ZHAO Minjie;ZHOU Haijin;SI Fuqi

作者机构：中国科学技术大学合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室合肥230031 

基　　金：国家重点研发计划(No.2022YFB3904805) 

出 版 物：《光子学报》 (Acta Photonica Sinica)

年 卷 期：2024年第53卷第11期

页      码：115-131页

摘      要：针对星载临边光谱仪离轴凹面反射镜组件高性能要求,对反射镜及其支撑结构进行了详细的光机优化设计。选用微晶玻璃作为载荷材料,通过施加最小尺寸约束的变密度拓扑优化方法确定镜体背部加强筋的分布,将背部筋厚尺寸变量灵敏度分析与局部筋厚多尺寸优化相结合,得到轻量化率为60%的反射镜结构;通过引入综合评价因子Q定量评价优化方案,对支撑结构中主要结构参数进行了多目标优化,获得了性能良好的柔性支撑结构。对优化处理前后反射镜组件进行光机集成分析,结果显示组件重力载荷工况与热力耦合工况下,优化处理后组件静力学性能更优。有限元分析得到组件1阶固有频率为942.2 Hz,正弦扫频试验结果表明组件1阶固有频率为956.5 Hz,分析误差为1.5%,结构动态性能较优;未优化处理组件在重力载荷及热力耦合工况下面型精度较差,而优化处理后组件在重力载荷工况下面型精度均方根值和峰谷值分别为9.5 nm、46.7 nm,在热力耦合工况下面型精度均方根值和峰谷值最大分别为8.25 nm、40.6 nm,对两种工况下反射镜进行面型检测,均方根值误差分别仅为6.1%和6.9%,在误差允许范围内;弥散斑均布于艾里斑内部,表明该凹面反射镜组件结构优化设计符合指标要求。

主 题 词：星载临边光谱仪 结构拓扑优化 光机集成分析 反射镜 光机结构 

学科分类：08[工学] 0825[工学-环境科学与工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/gzxb20245311.1122001

馆 藏 号：203156282...