你好,欢迎访问 中国计量测控网(http://www.jlck.cn/) | 登录 | 注册

大口径望远镜主镜支撑结构研究

2014/11/13 21:35:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  王洋’,2,张景旭2,杨飞2

  (l.中国科学院研究生院,北京100049;2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,

  吉林长春130033)

  摘要:主镜是望远镜系统的重要组成部分之一随着其口径的不断增大,望远镜的重童也随之加大,自重、热变形等问题将对主镜镜面的面形精度产生一定的影响.因此,在保证系统精度的同时,要尽可能的减少结构重童,所以在设计阶段就要根据光学系统的技术要求及影响因素对主反射镜的支撑方案进行综合考虑和全面分析,使其结构设计更为合理.根据大口径望远镜系统主镜结构设计的要求,矛咭用结构分析软件,建立结构分析模型,来确定主镜支律方案.详细分析了大口径望远镜主镜支撑的各方面技术.

  0引言

  大口径望远镜川用途十分广泛,它可用于天文观测、空间目标监视、地基的激光武器、目标特性的测量及成像等等。随着光学技术的不断发展,人们对光电系统的口径要求越来越大,因为光学口径越大,系统集光能力和分辨力就越强。但是,系统通光口径越大,整个系统结构也将越来越大,由此引发的相关问题必将日益突出,大口径望远镜主镜的支撑问题就是其中之一。自新中国成立以来,我国研制了一些望远镜。例如:北京天文台的2.16m光学望远镜及l.26m红外望远镜、上海天文台的L56m天体测量望远镜、云南天文台的lm及l.Zm望远镜、陕西天文台的1.05m光学望远镜,对我国天文学发展起到了极大的推动作用。

  1大口径望选镜的主镜支撑技术

  主镜是望远镜最为关键的部件之一,它的支撑结构直接影响着整个系统的性能。大口径望远镜的主镜在任何高角位都要保持其镜面的面形精度及视轴稳定度,由于主镜重力的影响,导致定心中轴受力(中心受载将严重影响面形精度),因此,在主镜支撑结构12月中要考虑相应的平衡配重。大口径望远镜的主镜支撑技术主要包括底支撑、侧支撑、前压紧、芯轴定位、防转机构、析架结构以及主镜轻量化等多方面技术。

  1.1底支摊技术

  它的作用是限制主镜的轴向位移141。大口径望远镜的主镜轴向支撑一般采用树状分布柔性支撑,每个浮动点支撑半径R随着口径的增大而增大。当主镜仰角为90“,即光轴处于铅锤状态:时,主镜的重力完全由浮动点来支撑,每个浮动点对主镜的支撑力均等,具体结果要经Patra川Ansys模拟进行多次取值分析才能确定光轴处于铅锤状态时的主镜最大变形量。按照不同的面形需求,适当地增加浮动点的数目,以提高主镜的面形精度。

  1.2侧支摊技术

  它的作用是限制主镜的径向位移。在主镜处于不同仰角位置时,对主镜的重力进行卸载,如工程中常见的重锤卸载。侧支撑所引起的最大镜面变形发生在主镜仰角为。。时,即光轴处于水平状态时[5]。三种典型的侧支撵受力状况如下图1所示,(a)为径向水银带支撑:(b)为径向余弦推力支撑;(c)为竖直方向推拉支撑。

  采用竖直方向推拉支撑方式,势必要在主镜侧面上加工出相应的孔或槽,供推拉支撑所用。对主镜再次进行有限元分析,再经过多次取值分析,得出镜面的最大变形量。比较三种典型的侧支撑的镜面最大变形量,选择最优的侧支撑方式。

  1.3前压紧技术

  在主镜仰角为负角时起作用,并与底支撑一起限制主镜轴向的位移。考虑到过大的前压紧力对主镜面形的影响[6],每个前压紧机构所提供的压紧力应均等且恒定,并尽量做到与主镜底支撑点的位置靠近,减少由前压紧对主镜产生的附加弯距,结构如图2所示。

  1.4芯轴定位技术

  它的作用是对主镜进行准确的定心。为了精确地对大口径主镜进行定位,一般在主镜中心加工出·个孔,以方便对主镜进行中心定位。芯轴具有较大的抗弯刚度,在必要时还可以承受主镜的部分载荷。

  1.5防转技术

  用来防止主镜绕轴向的意外转动,防转装置只作用于主镜的一点,对大口径主镜仅仅靠一个点来防转是不稳妥的,必须为主镜设计一套可靠的防转装置。借鉴国外相关技术及经纬仪中抗扭薄膜的应用,设计出·种简单有效的防转装置,如图3所示。

  1.6析架结构

  用于稳定的连接主镜室与四通。析架Iv]曰环梁和斜杆组成。环梁为“曲线”构件,它必须具有足够的抗弯强度才能使结构稳固。斜杆以受拉压为主,为了获得稳防}结构,斜杆两两相交,构成一系列的三角形。单层镜筒析架主要是剪切变形,为了提高其横向刚度应增大斜杆角度;多层镜筒析架的横向变形由剪切和弯曲联合作用引起,为减小剪切变形应增大斜杆夹角,而为减小弯曲变形应减小斜杆夹角,因此,要对斜杆的夹角进行优化。

  主镜是用来收集和会聚光线的,随着上镜口径的不断增大,为了在保证上镜有效刚度的同时尽最减少其自重对面形精度的影响,必须对大口径的上镜进行有效的轻量化[8]。轻量化的日的是为了上镜在各种工况卜均能保证加工所获得的面形精度,减轻跟踪架配重的压力。目前普遍采用蜂窝状的镜体结构。

  2结论

  随着有关主镜的设计和研究工作的不断深入,涌现出了许多新的技术,例如,白适应光学就是现代大文光学的一种新技术,主动光学技术也是新·代人口径望远镜的关键技术之。主镜支撑需考虑可能受到的各种载荷及支撑方式,这对于主镜面形的变化有十分重要的影响。为了使主镜的安装支撑既能保证面形变化最小,又能保证在不同仰角时位置不变动,需要对主镜的支撑方式根据望远镜的实际用途、所要达到的目的、耍求的精度等实际问题进行分析、论证、实验,最终对所设计的方案进行优化、完善,达到预期成果。

【免责声明】本文仅代表作者个人观点,与中国计量测控网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以 及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

计测微信
前沿的计量测试资讯海量呈现,高端的计量测试技术权威发布。
service@jlck.cn
计测客户端下载
这里有计量领域最大的社交圈子,您可以在这里交流互动、拓展人脉、施展才华。iPhone
这里有计量领域最大的社交圈子,您可以在这里交流互动、拓展人脉、施展才华。Android

共有0参与评论,查看评论

用户名: 密码:


关于我们 | 广告业务 | 网站地图 | 网站导航 | 服务条款 | 版权所有 | 设为首页 | 加入收藏
Copyright © 2009 jlck.cn. All Rights Reserved 中国计量测控网 版权所有    
京ICP备09069416号-1   京公网安备110401021000079号   计测网客服:010-62453984
  邮编:100095   邮箱:liwei@jlck.cn   广告业务QQ:1329516046  客服QQ:568796035   投稿QQ:1606741657