[发明专利]一种带有柔性支撑的空间反射镜的设计方法

说明书

一种带有柔性支撑的空间反射镜的设计方法，其中，所述柔性支撑空间反射镜包括反射镜反射面、柔性支撑结构和反射镜背部及周边结构，所述设计方法包括以下步骤：建立反射镜反射面的有限元模型；建立柔性支撑结构的等效模型；建立反射镜背部及周边结构的等效模型；优化并组装所述带有柔性支撑的空间反射镜模型。上述带有柔性支撑的空间反射镜的设计方法，基于空间反射镜设计理念及结构形式，对反射镜反射面、反射镜背部及周边结构、柔性支撑结构合理简化处理，选取多个设计变量，进行参数优化设计。在满足反射镜求解精度的前提下，有效提高了计算效率，缩短了实际计算时间。

技术领域

本发明涉及空间遥感器技术领域，尤其涉及一种带有柔性支撑的空间反射镜的设计方法。

背景技术

随着光学领域的快速发展，航空及航天载荷对于光学系统提出更高的要求，在满足使用性能的前提下，分辨率更高、视场更大等追求日臻明显。反射镜作为反射式、折返式光学系统关键部件之一，其重要程度不言而喻。

目前，考虑到成像要求、成本、加工及制造等综合因素，反射镜材料涵盖了玻璃、SiC陶瓷、金属等，随着制造业的发展及材料自身的性能优势，金属反射镜由于其良好的加工性能、加工周期、制造成本、力热性能等，在反射镜材料选取中得到越来越广泛的应用。

反射镜结构形式多样化，主要包含中心支撑、背部支撑、周边支撑三大类。在实际工程及设计过程中，良好的反射镜结构设计尤为重要。随着计算机水平的不断发展，有限元分析方法在结构设计中得到广泛应用，通过有限元分析手段可准确分析结构存在的问题。但在极致追求有限元求解精度的情况下，不可避免会带来求解时间的增长，这对于实际工程及设计来说，迭代周期是一个考验。因此，传统的有限元模型计算效率低。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种计算效率较高的带有柔性支撑的空间反射镜的设计方法。

一种带有柔性支撑的空间反射镜的设计方法，其中，所述柔性支撑空间反射镜包括反射镜反射面、柔性支撑结构和反射镜背部及周边结构，所述设计方法包括以下步骤：

建立反射镜反射面的有限元模型；

建立柔性支撑结构的等效模型；

建立反射镜背部及周边结构的等效模型；

优化并组装所述带有柔性支撑的空间反射镜模型。

在一个实施例中，所述建立反射镜反射面的有限元模型的操作如下：

按照光学设计输入设计指标，确定所述反射镜反射面的形状，其中，所述反射镜反射面采用壳单元进行模拟。

在一个实施例中，所述建立柔性支撑结构的等效模型的操作如下：

根据反射镜的设计要求，设计所述柔性支撑结构形式及数量；

采用弹簧单元对每个所述柔性支撑结构进行等效化建模；

提取每个所述柔性支撑结构的接触力-位移曲线和弯矩-转角曲线，并赋值给对应的所述弹簧单元。

在一个实施例中，所述弹簧单元包括平行设置的六根弹簧，六根所述弹簧的两端分别共节点连接，其中，六根所述弹簧中，三根为拉簧，另外三根为扭簧。

在一个实施例中，所述弹簧采用一维弹簧单元。

在一个实施例中，建立反射镜背部及周边结构的等效模型的操作如下：

根据反射镜的设计要求，设计所述反射镜背部及周边结构形式；

采用梁桁架单元对所述反射镜背部及周边结构进行等效化建模；

提取所述反射镜的静力学及动力学试验数据，生成结构力-位移曲线和力-速度曲线，并赋值给所述梁桁架单元。