空间大尺寸拼接光学元件的支撑结构设计、分析、测试及安装工艺过程研究(博士后出站报告)
康慧敏
2020-06
Keyword空间无缝光谱 拼接光栅 结构可靠性 结构设计 振动试验
Subject Area天文技术与方法
Other Abstract
无缝光谱组件是国际上首次采用多波段、多视场光栅拼接方式实现大视场、宽波段的无缝光谱观测、由24块排布紧密的光栅拼接而成的大尺寸拼接色散焦面组件。 
无缝光谱组件独特的光学设计和使用环境对结构设计与安装工艺提出了很大挑战。无缝光谱组件由24块光栅紧密排布而成,相邻光栅间隙仅有0.68mm,且工作角和距离焦面的高度各异,呈现出紧密但不规则的拼接分布,对光栅支撑结构的设计构成很大的空间限制;24块光栅平均尺寸为99.2mm*50mm*8mm,分为两组,成“L”型工作在焦面的边缘,拼接阵列的尺寸超过500*200mm,可看作一个是一个L型薄板,沿焦面法向方向的刚度远小于另外两个方向,而无缝光谱在运输会经受复杂的力学振动和冲击,结构的刚度和强度应该能够承受发射时的力学载荷;无缝光谱将长期工作在-35℃的环境中,支撑结构和玻璃的热变形不匹配可能导致玻璃内部产生弯曲应力和变形,不仅降低像质还会增加玻璃破坏的风险;使用硅橡胶粘结玻璃和支撑结构,硅橡胶是超弹性大变形材料,其应力-应变关系可用多种本构模型描述,对应不同的仿真参数设置,硅橡胶的本构参数影响仿真分析的可信程度,需要进行试验验证;安装时,需要使用硅橡胶将支撑结构粘结在玻璃(光栅)上,在保证相对位置准确的同时,不污染光学元件,由于粘结间隙很小,通过注胶孔注塑的传统方案效果不佳,需要可行性高的粘结方案。 
针对上述问题,本文在无缝光谱的结构设计、分析测试和安装工艺过程中提出了有创造性的解决方案:提出了光栅-簧片柔性支撑方案,不仅满足支撑结构的空间限制,减少了遮拦,而且通过控制特定方向的刚度实现了消热和抗冲击设计;仿真分析结果表明,在给定的力学载荷和温度环境下,整个组件的刚度、强度以及变形均可以满足设计要求;设计了重复性良好,操作简单的光栅-簧片粘结方法和相关的工装,并成功试制了包含两块玻璃的“拼接光栅”测试组件;使用该组件进行了力学和温度测试,并对结果进行了分析,测试结果进一步证明了结构设计方案的可靠性以及仿真分析的正确性。 
本文结构如下:第一章主要介绍了无缝光谱组件的项目背景、科学目标以及仪器的功能性能的要求。第二章介绍结构设计方案和仿真分析结果,总结了功能和性能的满足程度。第三章介绍了光栅安装的工艺过程和测试试样的制作。第四章介绍了测试组件力学、温度测试过程与结论。最后一章为工作总结和展望。
Document Type研究报告
Identifierhttp://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/1733
Collection中国科学院南京天文光学技术研究所_博士后出站报告
天文光谱和高分辨成像技术研究室_博士后出站报告
Affiliation南京天文光学技术研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
康慧敏. 空间大尺寸拼接光学元件的支撑结构设计、分析、测试及安装工艺过程研究(博士后出站报告). 2020.
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