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- 航空相机地物反射镜结构设计与分析
- 作者： 邵毓 来源： 吉林大学 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 关键词： 轻量化设计 像质评价 有限元分析 地物反射镜 航空相机
- 描述： 航空侦察克服了地球曲率和地形障碍对地面侦察设备视线的限制,弥补了卫星侦察细节不足和时效性差的弊端,在战场情况瞬息万变的现代战争中表现出不可或缺的地位。随着航空相机远距离成像对细节的分辨能力需求不断提高,光学系统焦距和口径都随之增大,地物反射镜作为光学系统的重要组成部分,其使用环境下面形精度的保证情况对系统成像影响越来越受到重视。众多研究者从事过工作载荷及环境下反射镜面形变形的研究,指出反射面的面形变化与反射镜的形状、支撑方式、载荷以及轻量化的程度存在一定的比例关系,比例系数一般根据经验给定。随着计算机技术的普及,光机热集成分析方法应运而生,通过多项式拟合作为桥梁,将结构有限元分析的结果带入到光学设计软件中,经过光学系统成像质量评价得出结论,作为判断反射镜结构设计能否满足整体设计要求的依据。论文分析了光学系统成像质量评价的方法,指出MTF评价方法由于在设计和实际检测中具有相同的评价结果而受到广泛的重视;同时分析了有限元分析方法在现代光机设计中的应用,指出有限元分析得到的表面变形数据是离散的数据,不能直接应用到光学软件的分析中;最后介绍了Zernike多项式,由于其系数项与光学初级像差有一定的联系,近年来常作为将有限元分析数据到转换到光学设计软件中进行像质评价的转换纽带。论文以薄板理论为依据,分析了受重力作用下反射镜反射面面形的变形原因。讨论了材料、结构形状和支撑方案对反射镜面形的影响,列举了常用的反射镜材料、支撑方案的特点和不同减重形式的对比。同时指出,航空相机使用寿命较长,只通过粘结剂粘接反射镜和与其连接的结构支撑件存在安全隐患。最后,论文对一420×280长圆形反射镜结构进行了设计和分析。通过光学设计确定了地物反射镜几何形状和面形误差参数,经加工能力分析最终给出的地物反射镜的设计指标;通过背部开放和封闭两种轻量化形式及对应的支撑方案进行对比设计;通过有限元分析方法对组件反射面变形分析,通过Zernike多项式拟合传递到光学设计软件中,对设计指标的符合程度进行了评价,最终通过加工装配后的反射镜组件的光学性能检测证明和验证了理论分析的正确性,所设计的地物反射镜能够满足光学系统对反射镜面形精度要求。由于时间及课题篇幅的关系,论文并未对所有结构件进行分析,这些零件组合后对反射面是否存在应力应变并没有详细的讨论。另外,由于相机处于环控状态下,保持常温的工作环境,设计中并未对在温度变化下反射镜面形的变化进行分析和设计。这些工作都将在日后的工作中不断完善,并结合相机飞行照相和环境试验,在极端温度、压力、振动等条件下,反射镜面形的变化和支撑结构的稳定性做详实的跟踪和记录,以考核在实用状态下设计的质量。