基于熱-結(jié)構(gòu)耦合的光學(xué)系統(tǒng)尺寸穩(wěn)定性分析.pdf

1、本文結(jié)合大型空間光學(xué)系統(tǒng)的熱環(huán)境尺寸穩(wěn)定性研究工作，闡述了運(yùn)用光、機(jī)、熱一體化設(shè)計(jì)方法對(duì)空間光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行熱設(shè)計(jì)的重要性，及其對(duì)工程設(shè)計(jì)工作的指導(dǎo)意義。對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的研究背景以及目前國(guó)內(nèi)外熱光機(jī)集成分析方法的研究現(xiàn)狀做了介紹，闡述了光學(xué)系統(tǒng)集成分析的理論，包括熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的理論和熱光學(xué)分析的理論。 基于熱-結(jié)構(gòu)耦合分析理論，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行模型簡(jiǎn)化和特征提取，利用ANSYS軟件建立了光學(xué)系統(tǒng)零件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的有限元模型，包括熱分析有

2、限元模型和結(jié)構(gòu)分析有限元模型，計(jì)算了各個(gè)組件及系統(tǒng)在各種典型溫度環(huán)境下的溫度場(chǎng)和位移場(chǎng)；基于熱光學(xué)理論基礎(chǔ)，將ANSYS的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行提取，得到鏡面的位移輸出文件，針對(duì)橫向和徑向溫度梯度分布，采用ZERNIKE多項(xiàng)式的擬合原理和方法，擬合出了不同溫度梯度分布下前十項(xiàng)ZERNIKE多項(xiàng)式系數(shù)；針對(duì)溫度的整體改變，采用非球面二次曲面方程，對(duì)不同溫度環(huán)境下的主鏡和次鏡鏡面熱變形進(jìn)行了擬合，得到了相應(yīng)的曲面方程，為進(jìn)一步的光學(xué)分析提供了輸入條件

3、，得到了不同溫度環(huán)境對(duì)曲面方程頂點(diǎn)曲率半徑的影響程度。依據(jù)主鏡鏡面方程，單獨(dú)建立二次曲面的有限元模型，設(shè)定三定約束形式不變，沿半徑方向設(shè)定20組約束位置，計(jì)算得到了曲面節(jié)點(diǎn)位移隨約束位置的變化規(guī)律，并分析得出對(duì)曲面尺寸穩(wěn)定性影響最小和最大的約束位置以及整個(gè)曲面的變形趨勢(shì)。這些為光學(xué)系統(tǒng)的熱控提供了分析依據(jù)。 目前，光、機(jī)、熱集成分析方法已經(jīng)在歐美等許多國(guó)家的航天領(lǐng)域得到了較為普遍的使用，我國(guó)由于技術(shù)和設(shè)備等原因，目前在這方面的工