北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
离轴三反光学系统多采用长条形反射镜，为尽可能提高反射镜面形精度，其支撑结构形式多为柔性支撑；为了在保证结构力学性能的基础上满足轻量化的需求，支撑亦多采用壳体点阵结构。本文基于尺寸优化技术，建立了长条形反射镜的参数化有限元模型以及双轴圆弧切口柔性铰链支撑的多参数优化模型，分别应用可行方向法及自适应响应面优化算法得到了质量约束下刚度最优的反射镜面板、筋板厚度参数以及刚度约束下镜面面形最优的柔铰支撑几何尺寸参数，并应用参数试验方法对该柔性支撑安装角度及安装轴向位置进行了独立变量的影响分析。对于背板的设计，本文提出了一种基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法，采用贪婪三角化投影算法对点阵结构包络生成的点云进行网格重构，保证了点阵结构模型的连续性与真实性。经过仿真验证，优化参数下重力、温度、强迫位移各工况下反射镜综合面形误差（0.018λ）和装调方向重力下刚体位移（0.007 mm）均达到最优。表明基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法合理可行，可推广应用于类似结构形式的反射镜支撑。
长条形反射镜 柔性支撑 点阵结构 点云 优化算法
1 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
为了保证平背伺服摆镜的镜面精度和支撑刚度，设计了一种周边柔性支撑的方案，通过对摆镜与镜座粘接处机械结构进行切口处理形成铰链结构，降低结构刚度，减小结构变形产生应力的影响。由于摆镜形状、粘接点位置、柔性支撑结构参数较多，并且相互耦合，首先采用正交实验法对摆镜主要参数进行分析与优化，确定摆镜形状尺寸参数和粘接点位置，随后优化设计摆镜柔性支撑结构。仿真分析和实验表明，采用该周边柔性支撑后，摆镜组件一阶频率为446.66 Hz，在±5 ℃温升（温降）和标准地球重力共同作用下，最大面形误差RMS为λ/42.87，能够满足动、静态刚度和热尺寸稳定性要求。随后使用 ZYGO 干涉仪在 (23±5) ℃ 温度范围内对加工装配后的摆镜面形进行检测，结果表明，摆镜面形PV值优于λ/5.1，RMS优于λ/43.28，满足 RMS≤λ/40的指标要求。实验结果表明，柔性支撑参数设计可靠，满足使用要求。
激光通信 柔性支撑 正交优化 周边支撑 摆镜 laser communication flexible support orthogonal optimization peripheral support pendulum mirror 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230336
1 中国科学院 光电技术研究所, 四川 成都 610000
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610000
星-地激光通信具有通信距离远、传输信道复杂等特点, 为建立稳定可靠的星-地激光通信链路, 需要建立大口径的地面站。着重研究了地面站中500mm大口径主镜柔性支撑的点位分布及结构尺寸。让主镜组件既满足刚度需求, 也具有柔度缓解其自身动态误差。在Isight平台建立光机热耦合的优化流程。运用Zernike多项式拟合面形得到精准的镜面RMS值; 并以此为优化目标, 获取柔性支撑点位的最优解及柔性杆尺寸参数的最优解。经过优化, 主镜组件可适应温度范围扩大了约30℃; 在俯仰角度变化下, 主镜RMS值下降约2nm。对设备进行了相关试验, 主镜面形均满足指标要求小于0.08λ。
激光通信 主镜面形 动态误差 光机热耦合 柔性支撑优化设计 laser communication main mirror shape dynamic error optical, mechanical and thermal coupling optimal design of the flexible support
1 长春理工大学 光电工程学院 光电工程国家级实验教学示范中心， 长春 130012
2 长春理工大学 光电工程学院 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室， 长春 130012
3 四川大学 机械工程学院， 成都 610000
设计了一款可用于白光瞄准镜多参数检测的离轴反射式平行光管。针对在使用工况中，低频振动环境对主镜面形误差影响过大的问题，提出一种主镜背部柔性支撑方案，并对主镜柔性支撑的重要结构参数进行了优化。同时对RTV胶的特性进行分析，计算出环形RTV胶的有效属性和等效模量倍率。仿真结果表明，主镜组件在1-g重力作用下，面形误差RMS值和PV值分别为0.79nm、3.66nm，能满足系统指标对于平行光管面形的要求。平行光管整体的一阶模态频率为496.38Hz，具有良好的抗低频振动的能力，在热力耦合作用下，主镜面形误差均满足RMS值≤λ/30，PV值≤λ/10的设计要求，1000N力作用下的最大应力小于材料的屈服极限。主镜采用柔性支撑的离轴反射式平行光管的动态性能与面形精度能满足设计要求。
平行光管 柔性支撑 环形胶 面形精度 collimator flexible support ring bonds surface precision
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220635
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210670
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春100
为了满足航空光电平台对可见/红外双波段两轴快速反射镜面形精度和动态性能的高要求，针对性地设计了轻量化平面反射镜和柔性结构。对快速反射镜结构的设计方法进行了归纳，明确了快速反射镜结构的设计要素，分析了装配误差的影响。设计了背部中心支撑轻量化反射镜，通过定位工装实现了电机高精度装配。基于十字型柔性轴承，实现了双轴柔性结构的设计。最后，对快速反射镜的面形精度和模态进行了仿真和实验测试。实验结果表明，平面反射镜的面形精度（RMS）优于0.017λ（λ=632.8 nm），快速反射镜闭环带宽优于200 Hz，X向和Y向的定位误差皆低于1.2 μrad。在满足高面形精度和高动态性能的基础上，该快速反射镜实现了小型化和模块化，能够在复杂的航空环境下稳定可靠地工作。
快速反射镜 双轴柔性支撑 面形精度 模态分析 fast steering mirror biaxial flexible support surface shape accuracy modal analysis 光学 精密工程
2022, 30(11): 1344
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
空间光学遥感器不断朝着更高轻量化率的方向发展，传统的装框支撑难以满足系统要求。基于运动学原理的Bipod柔性支撑结构具有良好的力热环境适应能力，在空间光学遥感器的反射镜支撑中得到越来越多的应用。为了有效卸载装配应力，Bipod柔性支撑结构一般通过光学胶与反射镜进行连接，但是光学胶在固化过程中不可避免地存在收缩应力。此外，环境温度的波动以及热真空试验也有可能导致胶接应力的变化，严重时会对反射镜面形造成不利影响。文中针对某Bipod柔性支撑式次镜组件，分析了胶缩对面形的影响，并针对真空放气试验后的面形下降问题，采用消应力与热浸泡相结合的方式有效解决了面形下降的问题，为该类光学胶的空间环境应用提供技术支撑。
空间遥感器 空间反射镜 柔性支撑 胶接应力 space remote sensor space mirror flexible support bonding stress 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210496
