大尺寸碳化硅扫描反射镜组件结构设计与研究

论文摘要

航空航天相机在经济建设和国防中发挥了越来越重要的作用，在地形测绘、资源调查、道路建设以及水利和农业规划等诸多领域得到了广泛的应用。获得的图像能够为城市规划与建设提供依据，在战争和自然灾害中帮助指挥部门把握时机。基于一种新型相机的研制，在相机的入瞳处放置扫描反射镜，可以减小扫描反射镜的尺寸，从而减小反射镜的转动惯量，提高反射镜的扫描精度。相机设置了两维扫描（沿飞行方向扫描、垂直于飞行方向扫描），通过扫描反射镜和镜筒摆动，实现对地面景物的成像，扩大地面覆盖范围。为了保证相机的成像质量，扫描反射镜需要在减轻质量的前提下保证优良的光学面形精度（RMS值优于130，λ=632.8nm），同时扫描反射镜结构要有好的强度和刚度。为了满足这些要求，扫描反射镜的材料选择了碳化硅。在对扫描反射镜进行轻量化设计时，探索了三角形和矩形的复合轻量化、镜体背部采用开放和封闭相结合的形式。结合相机的结构特点以及扫描反射镜的工作方式，选择了侧面支撑方式。同时相机工作时，环境条件会发生变化，在扫描反射镜支撑结构中设计了柔性环节，对扫描反射镜和支撑结构之间热特性的不匹配进行补偿，减小装配应力向扫描反射镜传递。在重力载荷和温度载荷作用下对扫描反射镜面形变化进行了分析，满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的课题研究背景及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 航空相机的发展现状和扫描反射镜系统的典型应用
• 1.2.1 国外航空相机发展现状
• 1.2.2 扫描反射镜系统的典型应用
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 相机结构组成及工作方式
• 2.1 相机结构组成
• 2.2 相机的工作方式
• 2.2.1 相机的拍照成像工作方式
• 2.2.2 相机的跟踪工作方式
• 本章小结
• 第三章 扫描反射镜组件的功能
• 3.1 使用扫描反射镜扩大地面覆盖范围
• 3.2 相机的前向像移速度及补偿
• 3.2.1 相机前向像移速度
• 3.2.2 前向像移补偿
• 本章小结
• 第四章 扫描反射镜组件结构设计
• 4.1 扫描反射镜组件结构设计要求
• 4.2 结构材料选择
• 4.3 扫描反射镜支撑方式及轻量化设计与分析
• 4.3.1 扫描反射镜支撑方式选择
• 4.3.2 轻量化形式选择
• 4.3.3 扫描反射镜详细设计及分析
• 4.4 扫描反射镜支撑结构设计
• 4.4.1 扫描反射镜组件结构组成
• 4.4.2 扫描反射镜组件结构分析
• 本章小结
• 第五章 测试与验证
• 5.1 测试目的
• 5.2 测试方法
• 5.2.1 输入信号选择
• 5.2.2 输出信号的数据处理和计算
• 5.3 测试结果
• 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要研究工作和结论
• 6.2 进一步的研究展望
• 参考文献
• 指导教师及作者简介
• 致谢