一种超轻量化曲率半径可调分块镜及其设计方法技术

本发明专利技术提供了一种超轻量化曲率半径可调的分块镜及其设计方法，其中，所述分块镜的背部设置有波浪形加强筋交叉排列，所述波浪形加强筋交叉处设置面形致动器安装定位环形槽。本发明专利技术提供的分块镜，在设置波浪形交叉排列加强筋增加分块镜刚度的同时，又通过全参数化优化设计确定了超薄面板及加强筋尺寸，大大增加了分块镜的柔性及轻量化率；通过布置面形致动器可大范围的调整分块镜的顶点曲率半径及调整后的面形精度，为拼接大口径空间光学遥感器重构成多种成像模式创造了条件。另外，本发明专利技术还提供了一种超轻量化曲率半径可调分块径的设计方法。计方法。计方法。

【技术实现步骤摘要】
一种超轻量化曲率半径可调分块镜及其设计方法


[0001]本专利技术涉及空间光学遥感器
，具体涉及一种超轻量化曲率半径可调的分块镜的设计方法。

技术介绍

[0002]随着空间对地观测技术的发展，要求空间光学遥感器具有更强的探测能力和更高的分辨力，以便更清晰的看见更远和更弱的目标，因此要求空间光学遥感器的有效观测口径越来越大；同时对功能多样化高性能空间光学侦察监视技术需求迫切。由于传统的单块光学遥感器主镜在口径增大时受到镜坯研制，运载火箭能力等限制，采用分块镜设计折叠展开或者在轨组装的方法已经成为大口镜望远镜口径不断增大的主要技术手段；目前的分块镜设计均为曲率半径固定的刚性设计，面密度大；折叠展开或者组装后形成的大口镜空间光学遥感器成像功能单一，只能完成既定的成像任务，而且每块分块镜都具有特定的位置，是唯一的存在；而采用超轻量化、半柔半刚特性，曲率半径可调的分块镜设计，可通过调整曲率半径及面形的方式，使得拼接大口镜光学镜可重构成多种成像模式，而且每块分块镜的设计可以一样，可以大大的提高加工效率、在轨的装配效率及在轨可靠性、可维修性。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决的技术问题是提供一种超轻量化曲率半径可调进而面形可调的分块镜及其设计方法。
[0004]为实现上述问题，本专利技术采用的以下技术方案：一种分块镜，包括镜子面板，所述镜子面板背部设置交叉排列的加强筋，所述加强筋交叉处设置有安装面形致动器的结构，通过面形致动器调节分块镜的顶点曲率半径及面形精度。
[0005]优选的，所述镜子面板为满足球面曲面方程的六边形结构，镜子面板背部设计为跟所述曲面方程相同的弧背形式。
[0006]优选的，所述加强筋为波浪形，波浪形的高点处用于安装面形致动器，相邻两个高点中间的低点即加强筋的低端与子面板连为一体。
[0007]优选的，所述波浪形的高点处通过设置安装定位环形槽安装面形致动器，一个定位环形槽四周的波浪筋呈圆周均布散射支撑状态。
[0008]优选的，所有面形致动器的安装定位环形槽共面，且与光轴垂直。
[0009]优选的，所述面形致动器为能够产生横向推力的面形致动器。
[0010]优选的，分块镜选用3D打印的sic材料，实现超轻量化结构一体化设计及研制；镜子面板及加强筋的厚度、宽度为3mm～5mm；所述的面形致动器为柱形压电陶瓷致动器。
[0011]优选的，通过背部布置的36
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128个面形致动器，大范围的调整分块镜的顶点曲率半径并校正调整后的面形精度。
[0012]一种所述分块镜的设计方法，包括：
[0013]步骤1、建立初始的分块镜三维模型；
[0014]步骤2、根据所述三维模型建立有限元模型；
[0015]步骤3、设定优化目标、约束条件，拓扑优化求解有限元模型；
[0016]步骤4、根据优化分析结果，建立优化构型；
[0017]步骤5、根据优化构型建立模拟了面形致动器的全参数化有限元模型，使得镜子面板厚度、加强筋分布组数、加强筋厚度及宽度、定位环形槽的直径及高度参数可调；
[0018]步骤6、致动器布局优化、分块镜参数优化分析；
[0019]步骤7、进行有限元输出提取及面形残差获取；
[0020]步骤8、改变顶点曲率半径至设计要求的范围，分析分块镜面形精度及各个致动器的驱动量，进行面形精度及致动能力评价；
[0021]若面形精度及致动能力满足设计要求，则结束分块镜的致动器布局优化；
[0022]若面形精度及致动能力不满足设计要求，则返回步骤6，通过修改步骤5中的参数，继续优化。
[0023]优选的，步骤4通过拓扑优化获取综合性能满足要求的结构构型方案，结合工程研制能力，确定镜子面板的厚度及加强筋的厚度、宽度；通过增加加强筋的组数，减小定位环形槽的直径及高度获取满足要求的面形调整精度。
[0024]本专利技术的有益成果在于：本专利技术提供的分块镜，在分块镜背部设置波浪形交叉排列的加强筋，并且在加强筋的交接处设置连接面形致动器安装定位环形槽，且为薄面板结构；在保证超轻量化、半柔半刚特性的同时，通过安装面形致动器又可以大范围的调整顶点曲率半径并保证调整后的面形精度，可以满足拼接大口径光学镜的模式重构成像需求，为拼接大口径光学遥感器的研制创造了条件。
附图说明
[0025]图1是本专利技术一个实施案例中，超轻量化曲率半径可调分块镜的优化设计流程图。
[0026]图2是本专利技术一个实施案例中，超轻量化曲率半径可调分块镜的结构示意图。
[0027]图3是本专利技术一个实施案例中，分块镜波浪形筋及面形致动器安装定位环形槽的结构示意图。
[0028]图4是本专利技术一个实施案例中，面形致动器布局示意图。
[0029]附图标记：
[0030]超薄面板10；波浪形加强筋20；面形致动器安装定位环形槽30；面形致动器布局示意40。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案等更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0032]在本专利技术的描述中，需要理解的是，属于“中心”、“横向”、“纵向”、“跨度”、“宽度”、“厚度”、“背部”、“外径”、“内径”、“竖直”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方向或者位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或者原件必须具有的特定方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]一种超轻量化曲率半径可调的分块镜，其中，所述分块镜的背部设置有波浪形加强筋交叉排列，所述波浪形加强筋交叉处设置面形致动器安装定位环形槽。本专利技术提供的分块镜，在设置波浪形交叉排列加强筋增加分块镜刚度的同时，又通过全参数化优化设计确定了超薄面板及加强筋尺寸，大大增加了分块镜的柔性及轻量化率；通过布置面形致动器可大范围的调整分块镜的顶点曲率半径及调整后的面形精度，为拼接大口径空间光学遥感器重构成多种成像模式创造了条件。
[0034]实施例
[0035]下面将结合附图1至附图4详细说明一下本专利技术提供的分块镜及其设计方法。
[0036]如图2、图3和图4所示，本专利技术为了解决现有的刚性分块镜无法改变顶点曲率半径，进而改变面形精度，无法重构成多种成像模式的技术问题，提出了一种超轻量化曲率半径可调的分块镜，该分块镜采用超薄面板10，背部设置有波浪形交叉布置的加强筋20、加强筋交叉处设置有面形致动器安装定位环形槽30以及在波浪形筋中间布置的面形致动器示意40。本专利技术给出一优选实施例镜子面板呈六边形，面板背部设计为跟分块镜面板曲面方程相同的弧背形式；背部波浪形加强筋低端与超薄镜子面板连为一体，所述背部波浪形加强筋的高端处均设置面形致动用安装定位环形槽，所述波浪筋与面形致动器定位环形槽呈圆周均布散射支撑状态。所有面形致动器安装定位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分块镜，其特征在于，包括镜子面板，所述镜子面板背部设置交叉排列的加强筋，所述加强筋交叉处设置有安装面形致动器的结构，通过面形致动器调节分块镜的顶点曲率半径及面形精度。2.根据权利要求1所述的分块镜，其特征在于：所述镜子面板为满足球面曲面方程的六边形结构，镜子面板背部设计为跟所述曲面方程相同的弧背形式。3.根据权利要求1所述的分块镜，其特征在于：所述加强筋为波浪形，波浪形的高点处用于安装面形致动器，相邻两个高点中间的低点即加强筋的低端与子面板连为一体。4.根据权利要求3所述的分块镜，其特征在于：所述波浪形的高点处通过设置安装定位环形槽安装面形致动器，一个定位环形槽四周的波浪筋呈圆周均布散射支撑状态。5.根据权利要求4所述的分块镜，其特征在于：所有面形致动器的安装定位环形槽共面，且与光轴垂直。6.根据权利要求1所述的分块镜，其特征在于：所述面形致动器为能够产生横向推力的面形致动器。7.根据权利要求1所述的分块镜，其特征在于：分块镜选用3D打印的sic材料，实现超轻量化结构一体化设计及研制；镜子面板及加强筋的厚度、宽度为3mm～5mm；所述的面形致动器为柱形压电陶瓷致动器。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过背部布置的36<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巧霞，王小勇，王伟之，郭崇岭，郭容光，邸晶晶，朱志豪，张丽，刘涌，刘湃，姜彦辉，陈震，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：