中心支撑式铝合金反射镜组件优化设计

发布时间：2025-06-20 03:25

　　 为了满足光学系统在复杂环境下具备高成像质量的要求,结合有限元手段和优化方法,设计了一种具有柔性环节的中心支撑反射镜组件结构。首先,从反射镜组件的材料选取入手,结合反射镜组件结构包络要求及理论计算结果,完成反射镜组件初始结构设计;其次,利用有限元方法,对反射镜组件模态和面形精度展开研究;最后,利用优化方法,以反射镜组件柔性槽尺寸及反射镜背部支撑厚度为设计变量,以反射镜组件一阶频率和镜面面形为优化目标,对反射镜组件初始结构进行优化设计。结果表明:优化后反射镜镜组件一阶频率为230.1 Hz;多工况下,反射镜反射面面形优于1/55λ(λ=632.8 nm),满足结构设计要求,可为成像光学系统反射镜结构设计提供参考。

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【部分图文】：

图3 反射镜组件前3阶振型图

为了分析验证反射镜组件结构刚度特性，对反射镜组件进行模态分析，反射镜组件前3阶模态振型如图3所示，表2描述分析了前三阶固有频率和模态振型。可以看出，反射镜组件一阶频率为225.2Hz，高于一般载体固有频率值，可有效避免反射镜组件发生共振现象。

图1 反射镜初始结构

反射镜采取径向槽轻量化设计，反射镜背部封闭设计，对反射镜起到反向支撑作用，反射镜初始结构如图1所示。从力学角度上考虑，此设计在合理减轻反射镜重量的情况下，有效保证了反射镜轴向和径向刚度，符合反射镜高刚度设计理念。设计后，反射镜轻量化比率达到78.8%。

图2 背板初始结构

为了保证反射镜面形稳定性，降低外部环境对反射镜面形影响，接下来对背板结构增加柔性环节设计。鉴于反射镜结构特点及使用要求，采用轴向环切槽柔性设计以有效保证反射镜轴向刚度，同时还可达到卸载反射镜径向重力及外部载荷的效果，背板初始结构如图2所示。2有限元分析

图4 反射镜面形云图

综合考虑反射镜组件加工过程和实际工作环境下因自身重力变化带来反射镜面形的影响，对反射镜组件展开自身重力分析，提取反射镜组件在径向和轴向两个方向1g重力载荷下反射镜面形结果，面形云图如图4所示，面形拟合结果如表3所示。可以看出，径向自身重力下反射镜面形RMS值约为1/44λ（λ=....

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