空间光学遥感器大型分束棱镜支撑结构设计

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空间光学遥感器大型分束棱镜支撑结构设计

李宗轩, 金光, 张雷, 闫勇, 解鹏, 孔林

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李宗轩, 金光, 张雷, 闫勇, 解鹏, 孔林. 空间光学遥感器大型分束棱镜支撑结构设计[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(8): 2096-2101.

引用本文:

李宗轩, 金光, 张雷, 闫勇, 解鹏, 孔林. 空间光学遥感器大型分束棱镜支撑结构设计[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(8): 2096-2101.

Li Zongxuan, Jin Guang, Zhang Lei, Yan Yong, Xie Peng, Kong Lin. Support structure of large beam splitter in space[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(8): 2096-2101.

Citation:

Li Zongxuan, Jin Guang, Zhang Lei, Yan Yong, Xie Peng, Kong Lin. Support structure of large beam splitter in space[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(8): 2096-2101.

空间光学遥感器大型分束棱镜支撑结构设计

李宗轩^1,2,
金光¹,
张雷¹,
闫勇¹,
解鹏¹,
孔林^1,2

1.
1援中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;
2.
中国科学院研究生院,北京100049

Support structure of large beam splitter in space

1.
Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;
2.
Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: 分束棱镜是大型空间遥感器分离光束的重要部件。为解决空间遥感器中大型分束棱镜的支撑问题，对尺寸为200mm200mm200mm 的分束棱镜的支撑结构展开研究。提出基于半运动学支撑和被动温度补偿原理的立方分束棱镜支撑结构，建立棱镜的接触约束，模拟边界条件的非线性，利用非线性有限元方法进行工程分析，最后分析验证。结果显示，在自重与15℃稳态温度变化耦合作用下分束棱镜通光面面形误差PV 值优于73.2 nm，RMS 值优于12 nm；棱镜组件的一阶固有频率达到183 Hz；表明该分束棱镜支撑结构方案设计合理，能够满足空间环境下对其结构刚度与热稳定性的要求。
- 大型分束棱镜 /
- 半运动学支撑 /
- 温度补偿 /
- 接触 /
- 非线性分析
Abstract: Beamsplitterisacrucialpartofalargespaceopticalremotesensortosplittheimaginglight intotwobeams.Inordertosolvetheproblemofsupportingalargebeamsplitterofaspacecamera, theresearchworkonthesupportingsyructureofalargebeamsplitterwithadimensionof200mm200mm 200mmwasperformed.Thedesignofthesupportingstructureofalargecubicbeamsplitterbasedon thephilosophyofsemi-kinematicmountingandpassivethermalcompensationwaspresented.Thecontact pairconstrainswerebuilt,thenonlinearityoftheboundaryconditionwassimulatedandtheengineering analysisontheprismassemblyutilizingnonlinearfiniteelementmethodswasperformed.Theanalysis resultsindicatedthesurfacefigureprecisionofthebeamsplitter'sLightPassSurface,thusthePVvalue waslessthan73.2nmandtheRMSvaluewaslessthan12nmunderthecouplingofgravityand15℃ stationarytemperaturechange;thefirstnaturalfrequencyofthebeamsplitterassemblyreached183Hz. Thesupportingstructuredesignofthebeamsplittterisvalid,andcansatisfythedemandsonthe structuralstiffnessandthermalstabilityinthespaceenvironment.

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空间光学遥感器大型分束棱镜支撑结构设计

1. 1援中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;

2. 中国科学院研究生院,北京100049

关键词:

摘要: 分束棱镜是大型空间遥感器分离光束的重要部件。为解决空间遥感器中大型分束棱镜的支撑问题，对尺寸为200mm200mm200mm 的分束棱镜的支撑结构展开研究。提出基于半运动学支撑和被动温度补偿原理的立方分束棱镜支撑结构，建立棱镜的接触约束，模拟边界条件的非线性，利用非线性有限元方法进行工程分析，最后分析验证。结果显示，在自重与15℃稳态温度变化耦合作用下分束棱镜通光面面形误差PV 值优于73.2 nm，RMS 值优于12 nm；棱镜组件的一阶固有频率达到183 Hz；表明该分束棱镜支撑结构方案设计合理，能够满足空间环境下对其结构刚度与热稳定性的要求。

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