基于熱-結構耦合的光學系統(tǒng)尺寸穩(wěn)定性分析.pdf

1、本文結合大型空間光學系統(tǒng)的熱環(huán)境尺寸穩(wěn)定性研究工作，闡述了運用光、機、熱一體化設計方法對空間光學系統(tǒng)進行熱設計的重要性，及其對工程設計工作的指導意義。對光學系統(tǒng)的研究背景以及目前國內外熱光機集成分析方法的研究現狀做了介紹，闡述了光學系統(tǒng)集成分析的理論，包括熱-結構耦合分析的理論和熱光學分析的理論。 基于熱-結構耦合分析理論，對光學系統(tǒng)進行模型簡化和特征提取，利用ANSYS軟件建立了光學系統(tǒng)零件級和系統(tǒng)級的有限元模型，包括熱分析有

2、限元模型和結構分析有限元模型，計算了各個組件及系統(tǒng)在各種典型溫度環(huán)境下的溫度場和位移場；基于熱光學理論基礎，將ANSYS的計算結果進行提取，得到鏡面的位移輸出文件，針對橫向和徑向溫度梯度分布，采用ZERNIKE多項式的擬合原理和方法，擬合出了不同溫度梯度分布下前十項ZERNIKE多項式系數；針對溫度的整體改變，采用非球面二次曲面方程，對不同溫度環(huán)境下的主鏡和次鏡鏡面熱變形進行了擬合，得到了相應的曲面方程，為進一步的光學分析提供了輸入條件

3、，得到了不同溫度環(huán)境對曲面方程頂點曲率半徑的影響程度。依據主鏡鏡面方程，單獨建立二次曲面的有限元模型，設定三定約束形式不變，沿半徑方向設定20組約束位置，計算得到了曲面節(jié)點位移隨約束位置的變化規(guī)律，并分析得出對曲面尺寸穩(wěn)定性影響最小和最大的約束位置以及整個曲面的變形趨勢。這些為光學系統(tǒng)的熱控提供了分析依據。 目前，光、機、熱集成分析方法已經在歐美等許多國家的航天領域得到了較為普遍的使用，我國由于技術和設備等原因，目前在這方面的工