第4 2卷第 1期2 0 1 2年 1月
激光与红外LAS ER& I NFRARED
Vo 1 . 42, No .1
J a n u a r y, 2 0 1 2
文章编号： 1 0 0 1 - 5 0 7 8 ( 2 0 1 2 ) 0 1 - 0 0 8 9 - 0 5
光学技术
长焦距空间相机主次镜间桁架支撑结构设计李志来(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 1 3 0 0 3 3 )
摘
要：为了满足长焦距空间相机主次镜闾支撑结构高刚度、高强度、高热稳定性和轻量化的
设计要求，从材料选择、结构形式、连接工艺和参数优化等方面分析了空间相机主次镜间支撑结构设计中需要考虑的问题。针对某 7 i n焦距，相对孔径 1: 6,采用卡塞格林光学系统的空间
相机，设计了一种采用碳纤维复合材料的 3层 2 7杆式主次镜间桁架支撑结构，并基于有限元法对其进行了优化设计。分析结果表明，设计的桁架结构质量减轻了 3 8 k g,一阶固有频率可
达8 0 H z,在径向自重和 5℃均匀温升载荷作用下，次镜最大倾角为 4 . 6”,表明所设计的支撑桁架合理可行，能够满足长焦距空间相机的使用要求。关键词：空间相机；支撑桁架；碳纤维；模态分析；有限元分析中图分类号： V 4 4 7 . 3 文献标识码： A D OI: 1 0 . 3 9 6 9/ j . i s s n . 1 0 0 1— 5 0 7 8 . 2 0 1 2 . 0 1 . 0 2 0
Tr us s s u p p o r t s t r u c t ur e d e s i g n b e t we e n p r i ma r y mi r r o r a n d s e c o nd a r y mi r r o r i n l o n g f o c a l l e n g t h s p a c e c a me r aLI Zh i— l a i
( C h a n g c h u n I n s t i t u t e o f O p t i c s, F i n e M e c h a n i c s a n d P h y s i c s, C h i n e s e A c a d e my o f S c i e n c e s, C h a n g c h u n 1 3 0 0 3 3, C h i n a )
Abs t r a c t: I n o r d e r t o s a t i s
f y t h e r e q u i r e me n t s o f h i g h s t i f f n e s s, h i g h s t r e n g t h a n d h i g h t h e r ma l s t a b i l i t y o f s u p p o￣s t r u c t u r e be t we e n p r i ma y r mi r r o r a n d s e c o n d a y r ni l ' F o r, s o me p r o b l e ms a bo ut t us r s d e s i g n s uc h a s ma t e r i a l s s e l e c t i o n,
s t r u c t u r a l c o n i f g u r a t i o n, c o n n e c t i o n t e c h n o l o g y a n d p a r a me t e r o p t i mi z a t i o n a r e t a k e n i n t o a c c o u n t . As a n e x a mp l e, a 7m f o c a l l e n g t h a n d a r e l a t i v e a p e￣u r e 1: 6. s pa c e c a me r a wi t h Ca s s e g r a i n o p t i c a l s y s t e m ha s b e e n de ve l o p e d. A 3- l a y e r
2 7一 s t ut r ma d e o f c a r b o n i f b e r c o mp o s i t e i s u s e d i n t h e ma i n s u p p o r t s t uc r t u r e b e t we e n p r i ma y r mi r r o r a n d s e c o n d a y rmi r r o r i n t h e s pa c e c a me r a, a n d t h e d e s i g n i s o p t i mi z e d by ini f t e e l e me n t me t h o d. Th e a n a l y s i s r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e
we i g h t o f t h e s u p p o￣h a s b e e n r e d u c e d b y 3 8 k i l o g r a ms, a n d t h e i f r s t— o r d e r e i g e n￣ e q u e n c y i s 8 0 Hz
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[ 2] Z h a n g L e i, J i n G u a n g . S t r u c t u r e d e s i g n a n d m o d e s a n a l y— s i s f o r t h e t r u s s o f l i g h t h i g h r e s o l u t i o n s p a c e c a m e r a[ J] . C h i n . J . S p a c e S c i ., 2 0 0 8, 2 8( 3 ): 2 6 0—2 6 3 . ( i n C h i .n e s e )
[ 8]
Wa n g Yo n g x i a n, Wa n g B i n g, Re n J i a n y u e . I mp r o v e me n t o fc a r b o n ibe f r s up po r t s t uc r t u r e a n d t o p o l o y g o pt i mi z a t i o n
张雷，金光 .轻型空间相机桁架结构设计与模态分析
d e s i g n or f s p a c e c a m e r a[ J] . I n f r a r e d a n d as L e r E n g i n e e r—i n g, 2 0 0 9, 3 8 ( 4 ): 7 0 2— 7 0 4 . ( i n C h i n e s e )
[ J] .空间科学学报， 2 0 0 8, 2 8 ( 3 ): 2 6 0—2 6 3 .[ 3] Z h a n g L e i, J i n G u a n g . D e s i g n a n d t e s t o f s u p p o r t i n g t r u s s f o r l i g h t s p a c e r e m o t e s e n s o r[ J] . O p t i c s a n d P r e c i s i o nE n g i n e e r i n g, 2 0 1 0, 1 8( 5): 1 0 9 9—1 1 0 4 . ( i n C h i n e s e )
王永宪，王兵，任建岳.空I h]￣ H机碳纤维支撑结构改进及拓扑优化设计[ J] .红外与激光工程， 2 0 0 9, 3 8 ( 4 ):7 02—70 4.