摘要：In order to satisfy the demands for diffractive telescopes in space exploration, a new deployable space diffractive tele- scope is designed. The structure and geometrical sizes of the spontaneously deployable telescope are preliminarily designated through the Serrurier truss principle and the optimized design theory. The finite element model of the de- ployable structure is established, and its deployed characteristics are analyzed. The prototype of the spontaneously de- ployable structure is constructed and some experiments are carried out to study its characteristics. Experimental results indicate that the deployable structure is 2.95 m in length, its repetitive deployed precision can reach less than 2 ram, the off-center error is less than 0.3 mm, and its deployed precision can be adjusted to micrometer level by actuators when it has deployed. It has simple structure, low mass, steady and reliable deployment, as well as higher precision for space diffractive telescopes.

摘要：为满足视频空间相机中反射镜组件的轻量化、高刚度、高稳定性和短加工周期的要求,采用基于ZERODUR微晶玻璃的背部单拱形镜体轻量化方案,设计了一种外圆芯轴粘接的柔性支撑结构.通过有限元工程分析与基于响应面优化设计,确定了支撑结构的最优尺寸.对反射镜组件进行了模态试验,并完成了镜面的非球面光学加工与检测.试验结果表明:主镜组件的一阶自然频率为332.5 Hz,与分析结果之间的相对误差为2.5%;主镜组件在绕光轴分别旋转0°、120°与240°方向进行光学检测时,面形精度均方根值均优于λ/40,实现了地面重力对反射镜面形检测零影响,组件满足设计要求.

摘要：针对精密光学仪器对光学元件柔性支撑的需求,提出了由带圆角的短直梁复合组成的Cartwheel型双轴柔性铰链,并利用无量纲设计图研究了设计方法。首先,基于对Cartwheel双轴柔性铰链的参数化有限元分析进行多项式拟合,建立了其刚度、应力等力学指标的无量纲设计图。针对光学仪器的工程需要,利用该无量纲设计图进行了实例设计,并利用有限元分析对其进行了实验验证。搭建了光学测试平台,对设计实例的转动刚度进行了测量。结果显示:有限元分析结果、实验测量数据与设计结果符合得较好,最大相对误差为10.1%。使用无量纲设计图方法作为设计工具,设计者可根据对带圆角短直梁复合组成的Cartwheel型双轴柔性铰链的刚度、转角行程、最大应力与结构重量等要求,确定其几何尺寸,从而方便、快速、准确地满足设计要求。

摘要：针对某离轴三反光学系统中的大长宽比长条形SiC反射镜镜面边缘随机振动加速度响应均方根值过大的特点,提出一种采用"基结构法"的反射镜结构拓扑优化方法,以随机振动加速度响应均方根值最小化为优化目标.首先对某初始反射镜结构进行有限元分析,发现反射镜镜面边缘点Z向加速度响应均方根值过大.其次,应用连续体结构拓扑优化思想,以反射镜镜面边缘点的随机振动加速度响应均方根值作为优化目标,以镜面峰谷值、镜体一阶约束频率作为约束条件,以反射镜筋板式基结构作为优化空间,对反射镜镜体结构进行拓扑优化设计,得到了一种各项力学性能指标及面形精度均满足指标要求的反射镜轻量化结构.最后,通过有限元分析与振动试验,验证了本文设计的反射镜结构拥有良好的力学性能,其中反射镜镜体质量相比优化前降低了13%,镜面边缘点的Z向随机振动加速度响应均方根值降低了58%,证明了本文优化方法的有效性.

摘要：针对空间展开机构轻量化、小型化、简单化等的发展需求,通过理论分析实例设计了碳纤维带状弹簧,并结合有限元模拟及实验对其屈曲特性进行了研究。首先,根据薄壳弯曲理论推导了各向异性材料下碳纤维带状弹簧的弯矩计算公式,并分析了影响其屈曲特性的敏感参数;然后,针对工程需要进行了单根碳纤维带状弹簧的实例设计,并建立了其有限元分析模型,得出了其弯矩-转角曲线;最后,加工出了碳纤维带状弹簧实物并对其屈曲过程进行了实验研究。结果表明:实验测得的该碳纤维带状弹簧的临界弯矩值为1 237.6Nmm,与理论分析及有限元模拟结果符合的较好,最大误差为8.7%,验证了理论分析及有限元模拟的准确性及一致性,为之后碳纤维带状弹簧的设计及应用提供了理论依据及技术支持。

摘要：由于长焦距相机中支撑桁架的温度变化会降低光学系统成像质量,本文研究了空间相机支撑桁架的热控设计。根据某高分辨相机的结构参数、光学系统对支撑桁架温度的要求及卫星的轨道参数分析了桁架杆的吸收外热流并确定了加热功率;讨论了桁架热平衡公式,并确认桁架杆的轴向温差主要与桁架杆加热片功率和加热片粘贴位置有关。在对桁架杆简化数学模型理论分析的基础上,得到了杆的温差方程,进而提出两种满足支撑桁架精确控温的热设计方法:增大加热片面积和增加杆的等效导热率。实验证明了新型导热材料PGS(Pyrolytic Graphite Sheet)可以很好地满足支撑桁架等效导热率及轻型化的要求,使用0.076mm厚的PGS时,可以将支撑桁架的轴向温差由7.9℃减小为0.83℃,且每根桁架杆质量只增加12g。最后,通过热分析模型进行仿真实验,证明了理论分析的正确性,通过对桁架杆温差测量试验和热真空试验,验证了仿真分析结果和PGS的空间适应性。得到的结果证明了本文提出的空间桁架的精确控温方法是适用且有效的。

摘要：为了实现尺寸为1 200 mm×484 mm的大长宽比长条形空间反射镜的无热装配,减小反射镜面形精度受热应力的影响,本文对环氧胶(GHJ-01(Z))胶层厚度对反射镜面形的影响及胶层在静、动力学载荷下的应力进行了研究。首先,介绍了现有的几种基于胡克定律推导的无热粘结厚度方程及其假设条件,并推导了带有锥度的背部盲孔反射镜无热粘结胶层厚度的方程,得出无热粘结胶层厚度曲线;然后,建立了6种不同胶层厚度的反射镜组件模型并进行了分析与比较。通过分析,在+5℃温升工况下,反射镜胶层厚度为0.07 mm时具有最好的面形精度,其RMS值0.0178λ,其检测方向在自重作用下的面形精度RMS值为0.0173λ,一阶频率为220.17 Hz;最后对胶层无热化设计后的反射镜组件进行了振动试验和粘结剂剪切强度试验,分析与试验表明:反射镜组件一阶频率为216.4 Hz,与有限元分析结果相对误差为1.71%;满足动静态刚度要求;同时,在动力学载荷下该厚度胶层的应力均小于其固化后的抗剪强度,安全裕度为2.46;各项指标满足设计要求。

摘要：为解决具有速度不易测量、模型不确定与外界干扰的欠驱动船舶路径跟踪问题,提出一种结合线性扩张状态观测器(LESO)的滑模控制算法。首先对船舶路径进行预测,据此预测值和参考路径值计算路径未来误差,并基于Backstepping算法设计参考艏向角。其次,采用双曲正切函数设计滑模控制器,对艏向进行控制。引入LESO对外界干扰和不确定参数进行逼近,以提高控制器的鲁棒性。并利用非线性观测器和LESO对船舶纵向速度、横向速度以及转艏角速度进行估计,避免速度不易测量问题。最终的仿真结果验证了所设计控制器的有效性。

摘要：针对船舶路径跟踪中存在的舵角需优化、舵幅与舵速受约束问题,提出了模型预测控制算法(MPC)。为提高预测值的准确性,将高精度船舶分离模型(MMG)作为MPC的预测模型。针对模型不确定项和外界干扰问题,设计非线性观测器对其进行逼近并补偿。仿真表明,所设计的控制器使船在风浪流时变干扰下仍能准确地跟踪上参考路径,且舵角变化小而平滑,说明了所提MPC算法的有效性。

摘要：针对空间光学遥感器离轴三反光学系统主镜的高轻量化率、高面形精度要求,提出了一种长条形反射镜集成优化的设计方法。首先利用变密度的拓扑优化方法分别得到刚度最大化和一阶频率最大化的反射镜拓扑模型,综合两种拓扑模型得到了反射镜的集成设计方案;然后提出了基于镜面变形值的镜体加强筋变量拓展优化方法,进行了设计变量的灵敏度分析,并对反射镜局部加强筋进行了多变量尺寸优化,得到了该长条形反射镜的最佳轻量化结构;最后对优化结果进行了有限元分析,仿真结果表明反射镜在优化后的面形精度有了显著提升,镜体质量仅为8.65 kg,与实心镜体相比轻量化率达到了80.9%。在Z向1g重力作用下,镜面面形精度峰谷值为23.70 nm, 均方根值为4.54 nm,该优化方法能很好地满足设计要求。