一、接触理论在空间遥感器动力学分析中的应用（论文文献综述）
曲慧东[1]（2021）在《空间望远镜光机结构设计及力学特性研究》文中研究说明随着吉林一号卫星、天问一号火星探测器和嫦娥五号完成月球采样等瞩目成就的取得,我国逐渐加速从航天大国走向航天强国。在空间对地观测领域经过多年深耕,已经取得了一系列显着成果并掌握了诸多核心技术,为了进一步加强对宇宙的观测与探索,就必须持续不断地开展空间望远镜的设计及其相关关键技术的研究。本文应用理论与传统经验相结合的方法,利用有限元分析技术针对某空间望远镜的主、次镜组件和主支撑结构进行设计与分析。对比分析了常用反射镜和光机结构材料的力学和热物理特性,综合评价其性能指标,从中优选了Si C材料用于轻量化反射镜的镜坯制作,碳纤维复合材料作为望远镜主支撑结构材料。利用经验设计与有限元分析相结合的方法对主、次反射镜结构进行初步设计。设计了口径为1130 mm的主镜结构参数,镜体厚度为95 mm,采用背部三点支撑方案;口径300 mm的次镜采取背部单点支撑方案,镜体厚度38 mm。针对主、次镜进行了轻量化技术研究。借鉴现有的反射镜轻量化设计方法,对主镜结构进行了传统经验设计、基于传统经验设计的拓扑优化设计和直接拓扑优化设计。对比三种轻量化主镜结构发现,基于传统经验设计的反射镜其结构合理、材料分布均匀,在热环境下具有优势,但仍有进一步优化的空间;在传统经验设计基础上的拓扑优化主镜,兼顾了传统经验与拓扑优化的优势,但也降低了某些性能,该主镜较优化前降低了质量、减小自重变形;采用直接拓扑优化得到的主镜不仅轻量化率最高,在自重下的变形也最小。采用拓扑优化设计方法对300 mm口径次镜结构进行了轻量化设计,拓扑优化次镜重1.83 kg。对保证空间光学系统精密位置的主支撑结构进行了结构设计。对比分析了筒式结构和桁架式支撑结构,最终选用了桁架式结构作为本空间望远镜的主支撑结构形式。研究了影响桁架结构刚度的关键因素,利用Opti Struct软件优化得到了刚度最佳时的桁架杆位置关系,在此基础上对不同位置的桁架杆进行分组尺寸优化,最终优化设计出了刚度高且轻质稳定的桁架式空间望远镜主支撑结构。建立了空间望远镜的整机有限元模型,利用有限元分析方法对空间望远镜整机进行了静、动力学及热结构特性分析。光轴水平时自重工况下以及5℃均匀温升工况下各反射镜面形均满足RMS小于12.6 nm的设计指标要求;整机约束模态分析结果表明,整机基频为99 Hz,整机动态刚度足够高;正弦振动和随机振动的分析结果也验证了本文所设计的空间望远镜结构能够经受发射运载时的动力学环境。
徐策[2]（2021）在《空间飞行机器人运动控制技术及地面模拟实验研究》文中认为随着人类对宇宙空间的探测,对超大口径空间遥感器的需求越来越迫切。然而,因受到航天器发射尺寸的影响,整体式空间遥感器无法满足口径要求。采用分体式超大口径空间遥感器便成为解决此类问题的有效方案。其中,分体式空间组装是最具有竞争力的技术方案之一。在此技术中,需要对空间飞行机器人相关技术进行完善,特别是机器人的自主导航能力和运动控制技术。这些技术的完善能够帮助空间机器人自主地完成空间任务。此外,也应该开展相应的地面模拟实验。地面模拟实验有助于验证相关技术的有效性和可靠性,加速空间飞行机器人的实际应用。本文根据实际工程及预研需求,对空间飞行机器人的运动控制技术和地面模拟实验技术进行了研究。具体内容如下:建立了空间飞行机器人的运动学和动力学模型,包括坐标系之间的转换、运动学与动力学的关系以及喷嘴的布置方式。虽然这些理论模型已经得到了应用,但它们是机器人规划轨迹以及控制算法实现的基础,仍有分析的必要性。基于单个机器人的数学模型,研究了多个机器人协同工作时喷嘴的重构算法,分别设计了标准模式、节能模式和差动模式这三种分配模式。在分析重构算法时,发现差动模式可以很好地解决最小脉冲宽度限制问题。这一模式不仅可以用于多体系统中,还可以应用于单个空间飞行机器人的控制中。对单个喷嘴的脉冲调制进行了理论分析,分别给出了在标准情况下、带有最小脉冲宽度限制情况下以及带有脉冲宽度饱和问题情况下的脉冲调制方法。实验结果表明:建立的喷嘴布置方式和设计的脉冲调制方法是有效的;结合差动模式的喷嘴控制效果要比传统的喷嘴控制效果更好。基于空间飞行机器人的数学理论模型,研究了空间飞行机器人轨迹规划的算法,提出了一种基于模糊规则与虚拟目标点的多窗口动态窗口法。首先分析了传统的轨迹规划算法,即基于变分法的轨迹规划以及基于样条曲线算法数值方式的轨迹规划。分析结果表明虽然此类方法能够在已知的静态环境中规划空间飞行机器人的运动轨迹,但对于动态环境的处理能力较差。考虑到空间飞行机器人还会受到运动和工作环境的限制,本文引入了动态窗口法,建立了双动态窗口和虚拟目标以解决规划算法因速度小或U型障碍物而导致的最小值问题。利用模糊规则调节评价函数的各项参数比重以提高机器人对动态环境的适应能力。仿真结果表明:该算法能够应用到多个空间机器人的协同工作中,能有效地避免最小值问题,能有效地避开动态障碍物。为了保证空间飞行机器人能够精确跟踪自主规划的轨迹,研究了空间飞行机器人的运动控制技术。在研究这类技术的过程中,不可避免的会遇到非线性、参数时变性和耦合性等问题。因此,本文研究了滑模控制算法,提出了一种带有边界层的双闭环滑模控制算法。利用模糊规则减弱靠近滑模面时的控制增益大小,以平滑控制信号。分别设计了分数阶和动态边界层以解决滑模控制算法中的高频抖振问题。仿真和实验结果表明:该控制算法比其他相同类型算法的抖振更小;比传统的PID控制算法控制效果更好。为了验证以上算法的有效性和可靠性,本文设计了一种基于冷气推进并能够自由漂浮的飞行机器人模拟器。该模拟器具有能够装载多种工具、承载能力大及续航时间长的优点。设计该模拟器的结构时,采用了模块化设计思路,将不同的功能区划分为不同的模块以实现整体结构的单元组装。为了达到整个模拟装置的承载要求,设计了一种能够自平面的气浮轴承装置,使得整个装置的承载能力达到800Kg。重点研究了模拟器推进系统的性能,结合喷嘴推力实验和承载能力实验,确定地面实验系统的额定气压为0.4MPa,整体运行时间可以达到30min。其次,重点研究了地面模拟器的定位算法,提出了一种基于激光雷达和陀螺仪的定位算法。相对于其他定位方法,该算法简单、经济且适用性强。实验结果表明:所研制的地面模拟器系统能够很好地达到实验要求;所提出的二维定位算法是可行和可靠的。
邵梦旗[3]（2021）在《空间相机光机结构集成优化设计方法研究》文中指出随着航天遥感技术的快速发展,空间相机已在国民经济的各行各业得到了广泛的应用,空间相机的系统光学性能指标也越来越高。光学机械结构作为实现相机光学系统功能的主要组件,面对外界环境的干扰和发射成本的约束需要其具有良好的性能稳定性和足够的轻量化。然而,相机光学性能的提高往往伴随着口径和焦距的增大,这对光机结构的轻量化和力学性能稳定性的设计提出了巨大挑战。因此,需要研究先进的光机结构优化设计方法,使得光机结构能够兼顾不同指标的需求。本文从相机的光学性能响应量分析方法着手,提出了相机视轴稳定性误差和波前误差的系统性能评价方法,研究了集成相机视轴稳定性误差和波前误差的光机结构构型优化技术和尺寸参数多目标优化技术。主要研究内容和成果如下:研究了基于有限元分析和线性光学模型的视轴稳定性误差和系统波前误差的光机集成分析方法。详细阐述了空间相机光学系统中反射光线和折射光线的追迹原理,推导了视轴稳定性误差和波前误差的理论表达式。基于相机的光线追迹分析模型,分析了主反射镜和次反射镜镜面刚体位移和面形误差对系统光学性能的敏感性,建立了用于连接结构分析和光学性能评价的线性光学模型。设计了相机的初始光机结构,并结合有限元分析和线性光学模型对相机在重力和温度变化载荷作用下的视轴稳定性误差和波前误差的均方根值进行了评价。依据系统光学性能关于主反射镜和次反射镜刚体位移的线性灵敏度矩阵,将系统光学性能作为性能评价方程建立在光机结构的有限元模型中。以光学性能作为性能约束,并添加可制造性约束,以结构刚度最大为目标对次镜主支撑结构和主反射镜的初始构型进行了拓扑优化;以主反射镜面形均方根值为约束,结构刚度最大为目标对主支撑背板的初始构型进行了拓扑优化。利用移动渐近法求解优化模型,直到目标函数迭代收敛。拓扑优化结果显示:在满足光学性能要求的前提下,结构轻量化率达到了44.7%。在拓扑优化结果的基础上,对次镜主支撑结构和主反射镜进行了详细的尺寸参数化。采用基于拉丁超立方抽样的试验设计法对各尺寸参数进行了敏感性分析。对比了分别以镜面刚体位移为响应量和以系统光学性能为响应量的敏感性分析结果,讨论了以系统光学性能为目标响应量的重要性,并识别出了关键的尺寸参数。以关键尺寸参数为设计变量,以质量最小以及自重载荷和温升载荷作用下的视轴稳定性误差和波前误差最小为目标,建立了多目标优化模型。利用多目标遗传算法获得了帕累托最优解集,从解集中选取出了最符合要求的最终解。最终设计结果相比传统设计结果在性能稳定性和轻量化程度上具有明显的优势。对研制出的各组部件进行了尺寸稳定性测试。对整机的力学仿真模型进行了初步的质量特性校验,然后分别进行了整机的模态分析、正弦和随机振动频率响应分析以及动力学环境模拟试验;并检测了相机翻转前后的系统波前误差变化;以考核结构在不同振动条件以及静力学载荷条件下的稳定性。结果表明光机结构具有良好的性能稳定性,也证明了优化设计的有效性;同时,仿真分析和检测试验对比结果验证了本文分析模型的准确性。最终完成了空间相机良好性能稳定性和轻量化的综合设计目标。
何啸[4]（2021）在《大口径空间遥感器光机结构一体化设计》文中研究说明空间遥感技术在民生、航测、国防等方面扮演着日益重要的角色。随着对空间遥感技术要求的提高,空间遥感相机光机系统的光学元件在位置精度、力学稳定性以及刚性位移设计等方面需要满足更高的要求。研究和设计更高精度、更轻量化和更稳定的空间遥感器已经成为当前航天工作中的重要任务。本文针对航天某科研院所的空间遥感器预研型号开展研究,设计难点是满足结构轻量前提下的主镜和次镜的面形精度要求。作为光学系统中的主要组成部分,主镜和次镜的面形精度和稳定性决定着成像精度与质量的高低;前镜筒和反射镜支架是主镜和次镜的支撑部分,是保证光学元件精度的核心部位;主承力板是光机结构的主要承力结构,它的稳定性合格与否也决定着整个结构的稳定性好坏。论文通过对材料参数属性和性能的研究,分别为主镜、次镜、主镜支架、次镜支架、前镜筒以及主承力板选择了合适的制备材料;通过数学建模及三维设计软件完成了光机构型的关键参数选择和结构组件的参数化建模与装配;在保障光机结构整体稳定性的前提下,通过数学建模和有限元分析,对主镜、次镜、次镜支架和前镜筒进行结构优化,实现轻量化目标;应用ANSYS Workbench软件对优化后的空间遥感相机光机结构进行静力学和动力学仿真,分别对主镜和次镜在重力作用和温度场中的面形精度进行分析计算和校核,并且通过对整机进行模态分析和过载分析以验证其工作稳定性和恶劣条件下的抗干扰能力。本文紧密结合大口径空间遥感器高分辨率的实际应用要求,通过研究其设计思想和理论,以平背式扇形多空背部结构主镜和蜂窝式次镜以及桁架式前镜筒等设计思路为主体,加之创新性反射镜支架设计,满足了空间遥感相机的体积小、重量轻、成像质量和分辨率高以及工作稳定性好的设计要求。论文成果为预研型号成功用于实际空间观测任务提供了设计依据,为相关的光机结构一体化设计提供了重要参考。
李宪斌[5]（2020）在《大口径空间遥感器失调波像差次镜校正技术研究》文中研究表明空间天文观测和空间对地遥感技术在最近几十年取得了快速发展,大口径和长焦距已经成为当前的主要发展方向之一。空间遥感器在研制过程中会受到地面重力的影响,在运载发射过程中会受到剧烈的振动、冲击作用,入轨运行时会受到空间重力场变化和温度变化等因素的综合影响。随着口径和焦距不断增大,当由于重力、振动、冲击、温度等引起的光学系统变形导致的失调波像差对空间遥感器的成像性能造成较大影响时,在一些先进的空间遥感器中已经提出并采用了主动光学校正技术。目前针对大口径空间遥感器的主动光学校正技术,主要有主镜的面形校正技术和次镜的位姿调整校正技术。主镜的面形校正技术是通过在主镜背部设置促动器来校正主镜的面形精度误差,次镜位姿调整校正技术则是通过调节次镜在各自由度的位姿,来校正次镜的位姿误差以及补偿校正其他光学元件的位姿失调引起的系统失调波像差。次镜位姿调整校正技术相比于主镜面形校正技术,可以为光学系统提供更多的调节自由度,能够兼顾其他光学元件的失调量,也是大口径轻型空间遥感器采用机身折叠展开方案时必须具备的功能,该技术更加全面有效。本论文面向我国未来大口径空间望远镜研制的发展需求,根据目前我国大口径天文望远镜的发展现状和现有技术能力,提出了一个2.4米口径轻型空间望远镜的设计方案,通过对该空间望远镜关键技术的梳理,重点开展通过次镜位姿调整来校正光学系统失调波像差的关键技术研究。根据大口径空间望远镜的光学设计方案,开展了光学系统的失调校正建模分析。结合基本像差理论和Zernike多项式,建立了基于次镜位姿调整的光学系统失调校正模型。通过对光学系统中各反射镜的位姿失调灵敏度进行分析,建立了基于灵敏度矩阵的失调解算方法,分析得到了各反射镜的位姿精度公差要求。通过有限元分析得到光学系统中各光学元件在重力作用下的位姿失调量,并仿真分析了通过次镜位姿调整校正光学系统地面重力失调的效果。通过对空间遥感器发射入轨后的失调状态进行预估,进一步分析了通过次镜在轨位姿调整对光学系统失调的校正能力。通过仿真分析明确了光学系统失调校正对次镜位姿调整能力的需求,并简要介绍了大口径空间遥感器失调波像差的地面和在轨检测方法。根据次镜位姿调整的特点,选用六自由度平台作为次镜位姿调整的执行机构,开展了六自由度平台的运动学分析建模和控制算法的研究。采用闭环矢量法,建立了平台的运动学反解算法;建立了基于迭代逼近的平台正解算法,并采用牛顿-拉弗森数值迭代法进行数值求解。对六自由度平台的雅克比矩阵进行了建模分析,并对六自由度平台的工作空间进行了分析求解,最后通过虚拟样机的全约束法对六自由度平台的运动控制算法进行了仿真验证。根据光学系统失调校正对次镜位姿调整能力的要求,开展了高精度次镜位姿调整机构的设计工作。首先明确了对次镜调整机构的性能要求和在空间遥感器中的设计约束条件,以机构的雅克比矩阵条件数作为优化目标,在设计约束条件下开展了机构的构型参数优化设计,采用响应面优化方法,得到了最优的机构构型参数。然后开展了驱动支杆的高精度传动方案设计,通过计算分析,保证次镜调整机构的理论位姿精度满足设计要求。最后通过有限元仿真分析,对次镜调整机构的模态特性和对次镜面形精度的影响进行了仿真分析。面向空间遥感器在轨应用的特殊要求,开展了次镜调整机构的实际性能测试和试验研究。根据次镜调整机构的设计方案,研制了次镜调整机构的工程样机。针对工程样机开展了实际的刚度、运动分辨率、运动精度和有效工作空间的测试工作,并开展了机构的运载力学条件试验和在轨工况寿命试验,检验次镜调整机构能否满足大口径空间遥感器在轨应用的要求。位姿精度是次镜调整机构最重要的性能指标,为了进一步提高机构的位姿调整精度,开展了机构的运动学标定方法研究。通过误差分析建模,明确了机构的主要误差源,以各铰点的位置误差、驱动支杆的零位长度误差作为机构的误差参数,建立了六自由度平台的标定模型。根据标定方法开展了机构的标定效果仿真,并针对次镜调整机构工程样机进行了基于输出位置信息的标定实验,通过实验评价了机构标定方法的效果。本论文面向国家重大发展需求,作为我国未来大口径轻型空间望远镜研制的重点技术攻关,旨在为大口径空间遥感器通过次镜位姿调整来实现光学系统的失调波像差校正探索技术可实现方案,可以为我国未来大口径空间遥感器的研制提供关键技术支撑。
袁野[6]（2020）在《可在轨集成光学载荷支撑技术研究》文中研究指明随着我国逐步进入空间站时代,在轨对航天器进行维护、集成逐渐成为解决空间科学研究的一种更集约、更便捷、更高效的技术手段。可在轨集成空间载荷,可通过宇航员或空间机器人在轨完成与卫星平台的集成。它不受运载限制,拥有稳定的微重力环境,可以完成许多在地面环境无法实现的任务,这是未来航天产业发展的一个很有前途的方向。不过相对于传统空间载荷研制过程增加了一个在轨操作的工况。在该工况下,伴随着低温、人机操作等一系列前所未有的问题。尤其是相对于光学载荷,热环境极端恶劣情况下光学系统容易产生像差,如何在不影响载荷成像质量的前提下,具有更好的力、热环境稳定性,将成为可在轨集成光学载荷支撑技术的主要研究方向。为解决可在轨集成光学载荷的支撑技术问题,本文设计了一种运动学支撑方案,并围绕该支撑方案的温度适应性以及定位精度等核心问题进行了深入研究。首先,分析并确定了该课题存在的主要技术难点,该类载荷既需要具有很高的环境适应性又需要极高的定位精度,同时还应兼具较好的在轨人机操作性。为了解决上述高适应性、高定位精度和高可操作性的矛盾,本文提出了一种可在轨集成光学载荷并联式支撑方法,采用静定的运动学支撑与锁紧机构结合的方法巧妙地解决了上述矛盾,对该机构进行了机构原理分析,环境适应性分析,为解决该类问题奠定了基础。其次,针对该支撑方案,研究了其温度适应性机理。结合支撑机构原理、支撑点布局、载荷与平台之间的温度差异对载荷定位精度的影响进行了理论分析,建立了温变运动学模型。结合该模型对其变形情况进行了分析计算,计算结果表明该装置可以有效释放温度变化带来的形变,实现对热应力的卸载。且载荷的定位精度随载荷与平台温度差变化具有确定的变化规律,该规律对完成支撑点布局设计、支撑结构材料选择、温控指标分配等都具有重要指导意义。接着,针对该支撑方法中运动副间隙及制造误差对载荷定位精度的影响机理进行分析。支撑结构的运动副间隙及制造误差是影响载荷定位精度的主要因素,本文将运动副间隙及制造误差等效为无质量连杆,将原本理论上静定的支撑机构等效为多自由度机构。通过对该等效机构的运动学分析,获得了各运动副间隙及制造误差对载荷定位精度的影响规律。在此基础上提出了各运动副误差分配方法。该研究有助于预测各运动副间隙值与可能产生的最大定位误差之间的关系,为合理分配各运动副间隙及制造误差提供了科学有效的依据。然后,对支撑机构受力敏感度进行分析。考虑到载荷在地面研制状态与在轨应用状态受力情况存在较大差异,研究了加载不确定性对运动副定位精度的影响规律。本文采用赫兹理论方法完成了运动副接触界面物理模型的建立,采用拉格朗日法建立了系统动力学方程,通过该方程建立了外加载荷与定位精度的关系,推导出支撑机构柔性灵敏度与其材料参数、结构参数的关系。该理论对合理选用设计参数及优化支撑结构设计具有显着的指导意义。最后,完成了原理样机的生产,搭建了试验平台,对运动副间隙、温度的影响规划了试验方案,结合分析计算对支撑机构的适应性及定位精度进行了试验验证。试验结果表明由运动副间隙带来的重复定位精度优于0.02mm;温度变化带来的变形规律与分析值较为接近。证明了本文提出的设计方案合理,分析方法比较准确,可以有效的指导此类支撑结构的设计工作。
袁健[7]（2020）在《空间相机碳纤维蜂窝夹层光机结构研究》文中研究说明空间光学遥感技术已成为我国战略发展的重要领域,为了满足用户高分辨率、大视场的使用需求,空间相机中主要光学元件的口径不断增大、支撑结构日益复杂,不断提高的整机重量与火箭有限的运载能力之间产生矛盾。在这样的背景下,研究如何进一步提升空间相机支撑结构的轻量化率、减轻整机重量,对空间光学的发展具有十分重要的意义。采用新型结构材料是提升空间相机轻量化率的重要途径,碳纤维蜂窝夹层结构是一种特殊的结构材料,具有面密度低、比刚度高、抗疲劳特性好等优点,是实现空间相机轻量化设计的理想材料。碳纤维蜂窝夹层结构因其优良的力学性能,现已成为航天领域内不可或缺的材料之一,国外已将该材料应用到诸多天基光学仪器中,而在我国,该材料在空间相机中的应用尚处在探索阶段,该领域内缺少相关的科研实践。因此,本文围绕基于碳纤维蜂窝夹层结构的空间相机光机结构设计这一核心内容展开了相关的研究性工作。为了适应空间相机的分析需要,本文提出了基于正交各向异性实体单元的蜂窝夹层结构建模方法,用以替代工程分析中普遍采用的二维建模方法。新方法中将蜂窝芯子等效为“中间层”,分别使用实体单元和壳单元表征蜂窝芯子和面板,该方法可以直观地表征蜂窝板内部的受力情况和局部变形。结合蜂窝的力学特性,本文推导出用来描述中间层等效物理属性的9个独立弹性参数表达式。通过在算例中与精细模型间的比较,以及对典型蜂窝夹层结构单机安装板进行模态敲击试验,数据表明该建模方法可以充分体现蜂窝夹层结构的力学特性,同时其计算精度能够满足工程分析的需求。为了进一步提升结构轻量化率、改善相机工作性能,本文尝试运用碳纤维蜂窝夹层结构为某型号同轴空间相机设计主承力板。结合该相机的光机结构特点,基于传统“碳纤维面板+铝蜂窝芯子”的夹层结构设计了铝蜂窝主承力板方案,基于“全碳纤维复合材料蜂窝夹层结构”理念设计了全碳纤维主承力板方案,其中,碳纤维复合材料均选用M40J环氧基预浸料,铺层顺序按照[0°/45°/90°/-45°]S执行,并向蜂窝夹层结构中引入加强措施,以实现提升整体刚度和局部粘接强度的目的。采用前文提出的蜂窝夹层结构等效建模方法,建立各方案的整机模型,分析讨论了蜂窝主方向、蜂窝芯子规格、夹层结构关键参数等对主承力板力学特性的影响,研究了同轴相机底部支撑点布置方式对相机工作性能的影响。对两种方案进行比较,发现全碳纤维主承力板方案在工作性能、轻量化率和工艺可靠性等方面具有显着优势,更加适合应用在具有高精度、高稳定性要求的光机结构设计之中。针对全碳纤维主承力板方案开展了较为深入的优化设计工作。本着简化结构、提高可靠性的原则,提出两种结构紧凑且适用于夹层结构的埋件形式,即独立式埋件和贴片式埋件。建立全碳纤维主承力板方案的参数化有限元模型,进而基于Isight环境建立主承力板的集成优化模型;开展灵敏度分析,研究蜂窝夹层结构中各主要参数对相机主要精度指标的影响;在集成优化的过程中,以整机重量最小化为目标函数,兼顾相机主要性能指标,运用MIGA算法确定了主承力板中各结构参数的最佳组合。经优化得到的最终方案中,外径φ484mm圆形主承力板高42mm,结构最薄处为蜂窝侧壁,仅0.64mm厚,上、下面板分别厚1.92mm、1.28mm,设计重量仅为1.98kg;对空间相机开展全面的仿真分析,得到主次镜最大相对位移和转角仅为3.719μm和3.38″,充分满足光学允差要求,整机一阶分析基频达到114.4Hz,正弦及随机振动中的放大倍率适中,说明此时相机具有优良的空间环境适应能力和动力学特性。围绕全碳纤维主承力板方案,充分考虑连接强度、可靠性等问题,制定了独特的全碳纤维蜂窝夹层结构制备工艺,详细阐述了全碳纤维主承力板的成型过程,讨论了其中的工艺难点以及相关制备细节。成功研制了一件全碳纤维主承力板,实测重量仅为2.01kg,与该相机原铝基碳化硅主承力板相比,质量减轻了约67.6%。对主承力板进行了高低温热循环试验,通过三坐标测量发现试验前后各主要安装面的平面度保持良好。以全碳纤维主承力板为核心搭建力热样机,开展了一系列环境试验及相应测试,包括:对全碳纤维主承力板进行模态敲击试验,测量其模态信息;通过翻转试验中测量基准棱镜夹角变化,对力热样机在重力作用下的变形量加以测试;通过力热样机的振动试验,测试整机基频和关键位置的加速度响应,并复测基准棱镜相对夹角;将高精度正样主镜与主承力板连接,用干涉仪检测该状态下的主镜面形,等等。装调重力作用下,力热样机主次镜间相对转角及主镜与主承力板间的相对角度分别仅为2.88″和0.36″;测得力热样机的基频为110.74Hz,关键部位的加速度放大倍率适中,大量级振动试验后主要棱镜间夹角变化量均在3″以内;将主镜安装到主承力板上,其面形RMS值优于0.02λ。试验及测试结果表明,全碳纤维主承力板不仅具有良好的结构稳定性,还具备合适的动静态刚度和充分的强度,能够满足光机系统的装调需求和运载对遥感器的动力学要求,以上研究较为准确地展示了全碳纤维主承力板的力学特性和此时空间相机的工作性能。本文的研究充分验证了全碳纤维主承力板技术路线的可行性,以及文中结构设计的合理性、正确性。文中所做的探索对今后蜂窝夹层结构在空间相机中的应用及类似结构的优化设计具有重要的参考价值和借鉴意义。
郑涛[8]（2020）在《轻型太阳能汇聚跟踪系统研究》文中研究说明太阳能以其储备丰富、可再生、无污染和全年可收集的优点而成为最具开发潜力的清洁能源之一。为了充分利用太阳能,无论在地面还是空间（太空）领域,开发轻型太阳能汇聚跟踪系统都具有非常重要的意义。为此,基于空间大型可展开索网型反射器,本文提出了4种轻型太阳能汇聚跟踪系统的创新设计方案,并逐一进行了深入的研究。主要内容如下:1.建立了太阳位置精密计算方法和3-RPS（Three-Revolute-Prismatic-Spherical）并联机构的逆动力学模型在设计轻型太阳能汇聚跟踪系统之前,优先对其所需理论进行了分析。第一,提出了一种高效的地面太阳位置精密计算方法;与日梭万年历对比,该算法的精度误差不超过0.05°。第二,提出了一种航天器上太阳位置精密计算方法;与已有算法相比,该算法的精度得到了进一步的提高。第三,基于牛顿-欧拉方程,考虑平移铰链中的摩擦力,建立了3-RPS并联机构的逆动力学模型,得到了每条支链上的驱动力;该模型可以满足该机构在空间领域的应用需求。2.设计了地面大型超轻碟式太阳能汇聚跟踪系统传统碟式太阳能系统结构复杂、体型笨重和成本高昂,不利于应用普及。针对传统系统的不足,提出了一种新型地面大型超轻碟式太阳能汇聚跟踪系统（所提出的超轻系统）,其由环柱型索网反射器、轻型热电转换装置和3-RPS太阳跟踪器组成。以（37）5-m系统为例,对系统进行设计与优化后,系统总质量约为20 kg,面密度不超过1 kg/m2。同时,在风载荷作用下,该系统具有良好的机械性能。此外,通过理论分析和仿真计算以及地面实验,验证了3-RPS太阳跟踪器具有结构简单、能耗低和跟踪精度高的优点。与传统碟式太阳能系统相比,该系统的质量减小了一个量级,制造难度和成本都明显降低,并且可以快速成形;保守估计该系统的输出电能约为8.24k W·h,可以满足偏远或城郊地区一个家庭的日常消耗。3.设计了地面便携式轻型太阳能汇聚跟踪系统针对便携应用需求,在所提出的超轻系统的基础上,提出了一种地面便携式轻型太阳能汇聚跟踪系统,其由可折叠环柱型索网反射器、集热器或热电转换装置和RS-2RPS太阳跟踪器组成。以（37）1.5-m系统为例,对系统进行收折与展开、静力学和能耗分析,验证了系统具有收纳率高、环境适应性强和能耗低的优点。同时,与3-RPS太阳跟踪器相比,RS-2RPS太阳跟踪器结构更简单,且由于减少了一个驱动装置,因而其重量、能耗和成本都下降了,从而可以更好地适应便携应用领域。该系统质量为3.39 kg,面密度为1.92 kg/m2,保守估计该系统的功率密度为260.51 W/kg;与现有的便携式系统相比,该系统的功率密度具有明显优势。4.设计了地面双杆支撑极轴式轻型太阳能汇聚跟踪系统与地平式太阳跟踪器相比,极轴式太阳跟踪器结构更简单且能耗更低。然而,现有的极轴式太阳跟踪器大多采用串联形式,存在跟踪精度低和能耗高的不足。为此,提出了一种地面双杆支撑极轴式轻型太阳能汇聚跟踪系统,其由环框柱型索网反射器、集热器或热电转换装置和双杆支撑极轴式跟踪器组成。以（37）2-m系统为例,对系统进行理论分析和仿真计算,验证了系统的可行性且具有良好的性能。双杆支撑极轴式跟踪器采用并联形式,克服了目前串联形式存在的不足。同时,与三杆支撑的形式相比,该跟踪器结构更简单轻巧。5.设计了供能与通信集成的空间大型可展开汇聚跟踪系统在空间应用中,太阳能电池阵列和通信天线的结合可以显着地减少两者整体的质量、物理尺寸和成本。目前,相关研究主要集中在将两者集成在平板型系统上,存在面密度高的不足。为此,提出了一种用于飞行在太阳同步轨道航天器的新型、供能与通信集成的空间大型可展开汇聚跟踪系统,其由环柱型索网反射器、能量转换装置和3-RPS指向机构组成。为了实现供能和通信集成,在3-RPS指向机构驱动下,系统在光照区域跟踪太阳;在地球阴影区域转向地面通信站或其它目标。进而,对系统进行理论分析和仿真计算以及初步地面实验,验证了系统的可行性且具有良好的性能。与传统的太阳能帆板相比,该系统的面密度更低,而功率密度更高。本论文的研究工作为地面和空间领域太阳能汇聚跟踪系统的轻量化设计提供了新思路,为轻型太阳能汇聚跟踪系统的工程实现打下了坚实基础,为三支链并联机构在太阳能跟踪领域的推广应用起到了推动作用,为太阳能的开发和利用作出了积极贡献。
张超杰[9]（2020）在《空间相机反射镜结构优化及其支撑结构研究》文中研究说明近年来随着航天科技的快速进步,空间相机在研究地球生态环境,探索太空未知世界等领域发挥的作用越来越大。反射镜作为空间相机的核心元件,伴随着人们对空间相机成像质量要求的提高,其口径也不断增大,口径的增大势必会导致反射镜在重力作用下或温度变化时镜面的变形加剧,严重影响空间相机光学系统的成像质量。为了保证反射镜光学表面能够拥有良好的面形,对反射镜及其支撑结构进行合理的轻量化设计是至关重要的。本文结合某Φ620mm口径空间反射镜设计任务,对反射镜组件轻量化设计开展了相关研究工作。论文分析了反射镜组件在制备、发射、在轨运行等阶段所经历的载荷环境。依据成熟的设计理论和前人总结的经验,建立了反射镜初始化模型,利用经验公式确定了反射镜的镜体厚度、支撑点数、支撑位置,选择了镜坯材料、轻量化形式以及轻量化孔形状。结合灵敏度分析方法,选取了对反射镜面形影响较大的结构参数,并对其进行了参数优化。完成了反射镜结构的轻量化设计之后,对反射镜支撑结构进行了设计。分析了常用的四种反射镜支撑形式的适用条件和范围。针对本文所研究反射镜的特点,选取了背部3点支撑方案,并对背部三点支撑结构中的锥套、柔性结构和支撑背板进行了选材和详细结构设计。其中,着重对影响反射镜面形精度及环境适应性最大的关键零件-柔性铰链的设计流程进行了研究,完成了柔节的关键参数设计。利用Matlab软件编制了反射镜面形Zernike多项式拟合程序。结合有限元分析方法对反射镜组件进行了静力学、温度载荷及动力学分析,分析结果表明,在X、Y、Z三向1g重力载荷和4℃均匀温升载荷工况下,反射镜组件面形精度均满足PV≤λ/10,RMS≤λ/40的设计要求,反射镜组件基频为121Hz,具有足够的动态刚度,满足设计指标要求。
梁策[10]（2020）在《空间遥感相机次镜支撑结构优化设计》文中认为随着空间遥感信息技术飞速发展,其对民生、国防等诸多方面具有愈加重要作用。面对新时期红外遥感应用对光学系统提出更加严格要求,研制高分辨率、轻量化的空间相机迫在眉睫。此类空间相机对于光学元件位置精度、刚性位移设计要求更加苛刻,而反射镜支撑结构作为用来固定光学元件、保证光学元件精度的核心产品,是当前对于空间遥感相机研究的技术难题之一。本文针对某预研型号,（主镜口径超过1500mm,次镜口径不小于340mm,主次镜间距接近1700mm,支撑结构质量低于165kg）设计了高力热稳定性、低遮拦比次镜支撑结构,并从选材、构型等方面进行优化。论文首先介绍了空间相机次镜支撑结构常用材料,比较其比刚度、稳态热变形、瞬态热变形、力热等性能,选定SiC/Al、钛合金TC4、殷钢、SiC等作为支撑结构的设计、制备材料。在继承现有成功经验的基础上,综合考虑型号设计要求以及光学系统的特点,把基频、重量作为约束,设计出薄壁筒式和桁架网状式两种支撑构型,通过对比,确定了桁架网状式构型为本次设计方案。采取多目标尺寸、Rayleigh法等优化方式,对次镜、次镜支架以及桁架式前镜筒组件进行优化,建立最优次镜支撑构型。之后对整个组件（包括:次镜、次镜支架、前镜筒）进行静力学、动力学仿真分析,及胶斑过载分析,结果显示次镜面形、整机基频、刚性位移、强度等设计约束全部满足,同时验证了优化方案的正确性。
二、接触理论在空间遥感器动力学分析中的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、接触理论在空间遥感器动力学分析中的应用（论文提纲范文）
（1）空间望远镜光机结构设计及力学特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 空间望远镜研究现状 |
| 1.2.1 国外主要空间望远镜发展现状 |
| 1.2.2 国内空间望远镜相关研究现状 |
| 1.3 空间望远镜主支撑结构研究现状 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 空间望远镜光机结构方案设计 |
| 2.1 望远镜结构介绍 |
| 2.1.1 望远镜系统及设计要求 |
| 2.1.2 望远镜结构设计要求 |
| 2.2 反射镜系统的设计 |
| 2.2.1 主镜方案设计 |
| 2.2.2 次镜方案设计 |
| 2.3 主支撑结构方案设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 反射镜轻量化研究及组件结构设计 |
| 3.1 主反射镜传统轻量化设计 |
| 3.2 基于拓扑优化方法的主反射镜轻量化研究 |
| 3.2.1 基于传统轻量化设计基础上的主镜拓扑优化 |
| 3.2.2 平背形背部开放式主镜拓扑优化 |
| 3.3 主镜组件支撑结构设计及分析 |
| 3.4 次镜组件设计及分析 |
| 3.4.1 次镜轻量化设计 |
| 3.4.2 次镜支撑结构设计及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 空间望远镜主支撑结构设计 |
| 4.1 支撑结构方案选择 |
| 4.1.1 筒式主支撑结构方案 |
| 4.1.2 桁架式主支撑结构方案 |
| 4.2 桁架结构敏感参数研究及优化设计 |
| 4.3 整体桁架结构尺寸优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 空间望远镜整机有限元分析 |
| 5.1 有限元模型 |
| 5.2 静力学分析 |
| 5.2.1 自重工况分析 |
| 5.2.2 温升工况分析 |
| 5.3 动力学分析 |
| 5.3.1 模态分析 |
| 5.3.2 正弦振动分析 |
| 5.3.3 随机振动分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读学位期间研究成果 |
| 攻读学位期间参与项目 |
（2）空间飞行机器人运动控制技术及地面模拟实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 空间机器人发展现状 |
| 1.3 空间飞行机器人模拟器的发展现状 |
| 1.4 空间飞行机器人控制技术文献综述 |
| 1.5 主要研究内容及章节安排 |
| 第2章 空间飞行机器人理论建模及分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 空间飞行机器人系统数学建模 |
| 2.2.1 坐标系定义及转换 |
| 2.2.2 空间飞行机器人动力学建模 |
| 2.3 多空间飞行机器人喷嘴可重构算法 |
| 2.3.1 空间飞行机器人参数估计 |
| 2.3.2 喷嘴可重构算法 |
| 2.4 脉冲调制模块设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 空间飞行机器人路径规划 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于样条曲线的空间飞行器轨迹规划 |
| 3.3 基于动态窗口法的轨迹规划 |
| 3.3.1 动态窗口法 |
| 3.3.2 基于模糊规则的动态窗口法 |
| 3.3.2.1 双动态窗口 |
| 3.3.2.2 局部目标点 |
| 3.3.2.3 DF_DWA的评估函数 |
| 3.3.2.4 DF_DWA的模糊规则 |
| 3.4 基于模糊规则的动态窗口法仿真验证 |
| 3.4.1 静态障碍物避障 |
| 3.4.2 动态障碍物避障 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于滑模控制的空间飞行机器人控制策略 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 滑模变结构(SMC)控制器 |
| 4.2.1 滑模控制原理 |
| 4.2.2 空间飞行机器人滑模控制器设计 |
| 4.2.3 模糊控制规则选择 |
| 4.2.4 带有边界层的模糊滑模控制 |
| 4.3 滑模控制器仿真验证 |
| 4.3.1 跟踪轨迹 |
| 4.3.2 控制输入 |
| 4.3.3 滑动面 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 地面模拟实验方法研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 气浮式模拟器构造及工作原理 |
| 5.3 空气静压轴承承载能力计算与分析 |
| 5.4 机械结构建模及分析 |
| 5.5 气路系统搭建 |
| 5.5.1 影响喷嘴推力与气体流量的分析 |
| 5.5.2 喷嘴特性实验研究 |
| 5.5.3 系统运行时间的计算 |
| 5.6 地面模拟器PID控制器 |
| 5.6.1 模拟器动力学分析 |
| 5.6.2 PID控制器 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 空间飞行机器人地面装置综合实验 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 地面装置的总体系统介绍 |
| 6.3 定位算法 |
| 6.4 机器人地面装置实验 |
| 6.4.1 到达指定角度实验 |
| 6.4.2 到达指定点的运动实验 |
| 6.4.3 特定轨迹实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录Ⅰ |
| 附录Ⅱ |
| 附录Ⅲ |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）空间相机光机结构集成优化设计方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 空间相机光机结构设计与优化技术的国内外研究现状 |
| 1.2.1 空间相机光机结构的研究现状 |
| 1.2.2 光机结构优化技术的研究现状 |
| 1.3 集成光学性能响应量优化方法的技术难点 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 光机结构的光学性能评价方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光学系统的光线追迹分析 |
| 2.2.1 理论基础 |
| 2.2.2 反射光线和折射光线的追迹 |
| 2.2.3 视轴稳定性误差和系统波前误差的理论分析 |
| 2.2.4 某同轴折反式空间相机光学系统光线追迹结果 |
| 2.3 线性光学模型的建立 |
| 2.3.1 光学模型线性化方法 |
| 2.3.2 某同轴折反式空间相机光学模型线性化 |
| 2.4 初始光机结构设计 |
| 2.5 初始结构的光机集成分析 |
| 2.5.1 镜面性能分析方法 |
| 2.5.2 镜面分析结果 |
| 2.5.3 光机集成分析结果 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 集成光学性能响应量的构型优化设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光机结构拓扑优化模型 |
| 3.2.1 材料属性插值模型 |
| 3.2.2 性能响应灵敏度分析 |
| 3.2.3 可制造性约束 |
| 3.2.4 集成视轴稳定性误差和波前误差拓扑优化模型 |
| 3.3 主反射镜构型优化 |
| 3.3.1 主反射镜性能需求 |
| 3.3.2 拓扑优化数学模型 |
| 3.3.3 拓扑优化结果 |
| 3.4 主支撑背板构型优化 |
| 3.5 次镜主支撑构型优化 |
| 3.5.1 次镜主支撑结构性能需求 |
| 3.5.2 拓扑优化数学模型 |
| 3.5.3 拓扑优化结果 |
| 3.6 设计结果性能评估 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 尺寸参数的光学敏感性分析与集成优化设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 参数敏感性分析方法 |
| 4.2.1 基于拉丁超立方随机抽样与回归分析的试验设计法 |
| 4.2.2 回归分析模型检验 |
| 4.3 尺寸优化模型与求解 |
| 4.3.1 集成视轴稳定性误差和波前误差尺寸优化模型 |
| 4.3.2 多目标优化问题求解方法 |
| 4.4 主反射镜和主支撑尺寸优化 |
| 4.4.1 主反射镜和主支撑的参数化 |
| 4.4.2 尺寸参数敏感性分析结果 |
| 4.4.3 尺寸参数多目标优化设计结果 |
| 4.5 主支撑背板尺寸优化 |
| 4.6 设计结果性能评估与对比 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 光机结构性能稳定性分析与试验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 组部件稳定性测试 |
| 5.2.1 形位误差检测 |
| 5.2.2 主镜面形检测 |
| 5.3 整机动力学性能稳定性分析与试验 |
| 5.3.1 仿真分析 |
| 5.3.2 振动环境模拟试验 |
| 5.3.3 试验结果及其与仿真分析对比 |
| 5.4 整机静力学性能稳定性试验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.1.1 论文结论 |
| 6.1.2 论文创新点 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）大口径空间遥感器光机结构一体化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 空间相机发展趋势 |
| 1.3 课题来源及工作内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 课题介绍 |
| 1.3.3 工作内容 |
| 1.4 技术难点及研究方法 |
| 1.4.1 技术难点 |
| 1.4.2 研究方法 |
| 1.4.3 设计流程图 |
| 1.5 研究内容及章节安排 |
| 1.5.1 研究内容 |
| 1.5.2 章节安排 |
| 第2章 材料研究与选择 |
| 2.1 综述 |
| 2.2 材料概述 |
| 2.3 材料筛选 |
| 2.3.1 主镜选材 |
| 2.3.2 次镜选材 |
| 2.3.3 反射镜支架选材 |
| 2.3.4 前镜筒选材 |
| 2.3.5 主承力板选材 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 光机结构设计与研究 |
| 3.1 主镜组件结构设计 |
| 3.1.1 支撑方式的选择 |
| 3.1.2 支撑点数和支撑点位的确定 |
| 3.1.3 主镜背部多空结构设计及筋板设计 |
| 3.1.4 主镜支撑结构 |
| 3.2 次镜组件结构设计 |
| 3.2.1 次镜结构设计 |
| 3.2.2 次镜支架结构设计 |
| 3.3 前镜筒结构设计 |
| 3.4 主承力板结构设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 结构优化研究 |
| 4.1 主镜轻量化 |
| 4.2 次镜轻量化 |
| 4.3 次镜支架角度优化 |
| 4.4 前镜筒组件尺寸优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 仿真分析 |
| 5.1 静力学分析 |
| 5.1.1 球面拟合 |
| 5.1.2 重力 |
| 5.1.3 温度适应性 |
| 5.2 动力学分析 |
| 5.2.1 模态分析 |
| 5.2.2 过载分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（5）大口径空间遥感器失调波像差次镜校正技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 地基大口径望远镜的发展现状 |
| 1.3 天基大口径望远镜的发展现状 |
| 1.4 我国大口径望远镜的发展现状 |
| 1.5 大口径望远镜中次镜调整机构的设计方案与性能概述 |
| 1.6 六自由度平台的应用现状 |
| 1.7 六自由度平台的研究热点 |
| 1.8 本文主要研究内容及章节安排 |
| 第2章 光学系统失调波像差的次镜校正能力分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光学系统方案设计 |
| 2.3 光学系统的失调校正分析 |
| 2.3.1 失调校正基本原理 |
| 2.3.2 光学系统的失调灵敏度分析 |
| 2.3.3 光学系统的失调状态仿真分析 |
| 2.4 光学系统失调的次镜校正能力仿真分析 |
| 2.4.1 次镜位姿调整方案设计 |
| 2.4.2 光学系统地面重力失调的次镜校正能力仿真分析 |
| 2.4.3 光学系统在轨极限失调状态的次镜校正能力仿真分析 |
| 2.4.4 光学系统在轨随机失调状态的次镜校正效果仿真 |
| 2.4.5 次镜位姿调整对主镜面形误差的补偿能力仿真 |
| 2.5 光学系统失调波像差的检测方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 六自由度平台的运动学建模与控制算法 |
| 3.1 六自由度平台的机构原理 |
| 3.1.1 六自由度平台的组成 |
| 3.1.2 六自由度平台的自由度计算 |
| 3.1.3 六自由度平台的坐标变换 |
| 3.1.4 六自由度平台的坐标系描述 |
| 3.2 六自由度平台的运动学反解 |
| 3.3 六自由度平台的运动学正解 |
| 3.4 六自由度平台的Jacobian矩阵 |
| 3.5 六自由度平台的工作空间分析 |
| 3.6 六自由度平台运动控制算法的仿真验证 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 高精度次镜位姿调整机构设计 |
| 4.1 次镜调整机构的主要设计指标 |
| 4.2 次镜调整机构的构型优化设计 |
| 4.2.1 优化目标函数的确定 |
| 4.2.2 机构构型参数约束条件 |
| 4.2.3 机构构型参数优化方法 |
| 4.3 高精度驱动支杆设计 |
| 4.3.1 驱动支杆传动方案设计 |
| 4.3.2 驱动精度分析 |
| 4.3.3 关键元器件选型计算 |
| 4.3.4 闭环控制测角误差分析 |
| 4.4 万向铰链设计 |
| 4.4.1 十字共轴型万向铰链 |
| 4.4.2 偏置型万向铰链 |
| 4.4.3 柔性铰链 |
| 4.5 次镜调整机构的有限元分析 |
| 4.5.1 次镜调整机构的模态分析 |
| 4.5.2 对次镜面形精度的影响分析 |
| 4.6 基于次镜位姿调整的光学系统失调校正实现方案 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 次镜调整机构的性能测试与试验 |
| 5.1 次镜调整机构的刚度测试 |
| 5.1.1 -X向加载试验 |
| 5.1.2 Y向加载-卸载试验 |
| 5.2 次镜调整机构的运动性能测试 |
| 5.2.1 运动分辨率测试 |
| 5.2.2 运动精度测试 |
| 5.2.3 机构的实际工作空间测试 |
| 5.3 次镜调整机构的力学试验 |
| 5.3.1 力学试验条件 |
| 5.3.2 力学试验方案与试验结果 |
| 5.3.3 次镜调整机构的位姿锁定能力测试 |
| 5.3.4 力学试验后机构的刚度和运动精度复测 |
| 5.4 次镜调整机构的在轨工况寿命试验 |
| 5.4.1 试验目的 |
| 5.4.2 试验方案设计 |
| 5.4.3 检测内容及要求 |
| 5.4.4 试验结果评价 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 次镜调整机构的误差分析与标定 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 机构运动学标定的基本内容 |
| 6.3 基于运动学反解的误差分析模型 |
| 6.4 次镜调整机构的标定模型 |
| 6.5 标定模型的求解算法 |
| 6.6 次镜调整机构的位姿测量 |
| 6.7 次镜调整机构的标定效果仿真 |
| 6.8 基于输出位置信息测量的机构标定实验 |
| 6.9 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 论文主要工作内容总结 |
| 7.2 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）可在轨集成光学载荷支撑技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 课题研究现状 |
| 1.2.1 在轨维修技术的研究现状 |
| 1.2.2 空间光学仪器支撑方式研究现状 |
| 1.2.3 并联支撑方式研究现状 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 系统方案设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 支撑方案选择及总体方案设计 |
| 2.2.1 柔性支撑结构的特点 |
| 2.2.2 运动学支撑机构的特点 |
| 2.2.3 总体方案设计 |
| 2.3 运动学方案设计 |
| 2.3.1 定位原理 |
| 2.3.2 自由度分析 |
| 2.3.3 接口热稳定性分析 |
| 2.4 锁紧保护方案 |
| 2.4.1 锁紧方案选择 |
| 2.4.2 锁紧方案设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 温度变化对支撑机构定位精度影响机理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 温度适应性机理 |
| 3.3 温变运动学模型建立 |
| 3.4 定位精度分析 |
| 3.4.1 支撑面内定位精度 |
| 3.4.2 定位精度的影响因素 |
| 3.5 温控指标分配 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 间隙及制造误差对机构定位精度的影响机理 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 间隙及制造误差运动学建模 |
| 4.2.1 间隙描述方法 |
| 4.2.2 含间隙、制造误差支撑机构运动学建模 |
| 4.3 间隙运动学误差分析 |
| 4.3.1 支撑面内误差分析 |
| 4.3.2 支撑面外误差分析 |
| 4.4 间隙及制造误差分配方法 |
| 4.4.1 等贡献分配法 |
| 4.4.2 加权分配法 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 机构受力敏感度分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 界面接触模型理论 |
| 5.2.1 Hertz模型 |
| 5.2.2 Kelvin-Voigt模型 |
| 5.2.3 Hunt-Crossely模型 |
| 5.2.4 Lankarani-Nikravesh模型 |
| 5.3 接触模型建立 |
| 5.4 各运动副受力变形敏感度分析 |
| 5.4.1 球面与平面配合 |
| 5.4.2 球面与V型槽配合 |
| 5.4.3 球面与球窝配合 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 试验验证 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 锁紧保护机构试验验证 |
| 6.2.1 定位精度验证 |
| 6.2.2 动态刚度验证 |
| 6.2.3 锁紧机构对仪器精度影响试验 |
| 6.3 支撑机构试验验证 |
| 6.3.1 试验平台设计 |
| 6.3.2 运动副间隙对仪器精度影响试验 |
| 6.3.3 温度适应性试验 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文主要工作 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）空间相机碳纤维蜂窝夹层光机结构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 碳纤维蜂窝夹层结构研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内相关领域研究现状 |
| 1.3 课题研究背景 |
| 1.3.1 主承力板设计要求 |
| 1.3.2 常见结构材料及其局限性 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 蜂窝夹层结构等效建模方法研究 |
| 2.1 常规二维建模方法 |
| 2.2 基于正交各向异性实体单元的等效建模方法 |
| 2.2.1 方法描述 |
| 2.2.2 等效弹性参数的推导 |
| 2.2.3 其它等效参数的推导 |
| 2.2.4 中间层等效参数小结 |
| 2.3 仿真分析精度比较 |
| 2.3.1 算例描述及蜂窝板建模 |
| 2.3.2 静力变形 |
| 2.3.3 模态分析 |
| 2.4 模态试验 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 碳纤维蜂窝夹层结构主承力板方案研究 |
| 3.1 光机系统描述 |
| 3.1.1 系统组成及结构特点 |
| 3.1.2 公差分配 |
| 3.2 材料选择分析 |
| 3.2.1 碳纤维复合材料选型 |
| 3.2.2 铺层方式及材料物理属性 |
| 3.2.3 蜂窝及埋件材料 |
| 3.3 蜂窝夹层加强方案及接口 |
| 3.3.1 结构加强措施 |
| 3.3.2 接口布局 |
| 3.4 碳纤维蜂窝夹层结构主承力板方案 |
| 3.4.1 “碳纤维面板+铝蜂窝芯子”主承力板 |
| 3.4.2 “全碳纤维蜂窝夹层结构”主承力板方案 |
| 3.4.3 有限元建模 |
| 3.5 蜂窝夹层主承力板初步仿真分析 |
| 3.5.1 蜂窝主方向讨论 |
| 3.5.2 同轴相机支撑点布置方案比较 |
| 3.5.3 夹层结构主要参数影响 |
| 3.5.4 应力分布和变形趋势 |
| 3.6 两种蜂窝夹层结构主承力板方案间的比较 |
| 3.6.1 工作性能初步评估 |
| 3.6.2 等效弹性参数及轻量化率 |
| 3.6.3 工艺及结构差异 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 高精度全碳纤维蜂窝夹层结构主承力板的优化研究 |
| 4.1 全碳纤维蜂窝夹层埋件设计 |
| 4.1.1 独立式埋件与贴片式埋件 |
| 4.1.2 相机支撑点共用埋件 |
| 4.2 全碳纤维主承力板的结构参数 |
| 4.3 主承力板参数化建模 |
| 4.4 蜂窝夹层结构的集成优化设计 |
| 4.4.1 光机结构的集成优化方法 |
| 4.4.2 基于Isight的集成优化模型 |
| 4.4.3 灵敏度分析 |
| 4.4.4 优化问题描述 |
| 4.4.5 基于MIGA算法的参数优化 |
| 4.5 空间环境适应能力分析 |
| 4.5.1 分析内容及工况设置 |
| 4.5.2 分析结果 |
| 4.6 动力学分析 |
| 4.6.1 模态分析 |
| 4.6.2 正弦振动分析 |
| 4.6.3 随机振动分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 高稳定性全碳纤维主承力板的制备工艺研究 |
| 5.1 全碳纤维蜂窝夹层结构制备工艺 |
| 5.1.1 制备难点 |
| 5.1.2 全碳纤维主承力板制备过程 |
| 5.1.3 结构特点及工艺细节 |
| 5.2 全碳纤维蜂主承力板实物 |
| 5.3 消应力措施及稳定性测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 样机试验、测试及性能研究 |
| 6.1 主承力板模态试验 |
| 6.2 力热样机静力学变形量测试 |
| 6.2.1 测试方法及原理 |
| 6.2.2 测试过程及结果 |
| 6.3 力热样机振动试验 |
| 6.3.1 扫频试验 |
| 6.3.2 正弦振动试验 |
| 6.3.3 随机振动试验 |
| 6.3.4 整机基频复测 |
| 6.3.5 静力学变形量复测 |
| 6.4 主镜面形检测 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 下一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）轻型太阳能汇聚跟踪系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 地面太阳能汇聚跟踪系统的研究现状 |
| 1.2.1 地面大型太阳能汇聚跟踪系统的研究现状 |
| 1.2.2 地面便携式太阳能汇聚跟踪系统的研究现状 |
| 1.2.3 地面极轴式太阳能汇聚跟踪系统的研究现状 |
| 1.3 空间供能与通信集成系统的研究现状 |
| 1.4 论文的主要工作 |
| 第二章 太阳位置的精密计算与3-RPS并联机构的理论分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 地面太阳位置的精密计算 |
| 2.3 航天器上太阳位置的精密计算 |
| 2.3.1 改进算法的计算过程 |
| 2.3.2 第二赤道坐标系下的太阳方位 |
| 2.3.3 精度分析 |
| 2.3.4 航天器上的太阳方位 |
| 2.3.5 改进算法的仿真及精度分析 |
| 2.3.6 本节的结论 |
| 2.4 3-RPS并联机构的理论分析 |
| 2.4.1 自由度计算 |
| 2.4.2 坐标系与坐标变换矩阵 |
| 2.4.3 逆运动学分析 |
| 2.4.4 逆动力学分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 地面大型超轻碟式太阳能汇聚跟踪系统 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 系统的整体描述 |
| 3.3 地面环柱型索网反射器 |
| 3.4 3-RPS太阳跟踪器 |
| 3.4.1 太阳跟踪器的选择 |
| 3.4.2 几何构型 |
| 3.4.3 轨迹规划 |
| 3.4.4 三根伸缩杆的杆长确定 |
| 3.4.5 复合铰链的分析 |
| 3.5 载荷作用下系统的结构分析与优化 |
| 3.5.1 结构分析 |
| 3.5.2 结构优化 |
| 3.6 3-RPS太阳跟踪器的能耗计算 |
| 3.7 3-RPS太阳跟踪器的实验验证 |
| 3.7.1 机械组件 |
| 3.7.2 控制和电气单元 |
| 3.7.3 结果和讨论 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 地面便携式轻型太阳能汇聚跟踪系统 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 系统的整体描述 |
| 4.3 系统的收折与展开 |
| 4.3.1 可折叠圆环的收折与展开 |
| 4.3.2 RS-2RPS太阳跟踪器的收折与展开 |
| 4.4 RS-2RPS太阳跟踪器的追日数学模型 |
| 4.4.1 杆长计算 |
| 4.4.2 驱动力和能耗计算 |
| 4.5 系统的静力学仿真分析 |
| 4.5.1 仿真参数设定 |
| 4.5.2 环境适应性分析 |
| 4.6 RS-2RPS太阳跟踪器的追日仿真分析 |
| 4.6.1 杆长分析 |
| 4.6.2 能耗计算 |
| 4.7 RS-2RPS太阳跟踪器的初步室内实验 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 地面双杆支撑极轴式轻型太阳能汇聚跟踪系统 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 系统的整体描述 |
| 5.3 双杆支撑极轴式跟踪器的自由度分析 |
| 5.4 跟踪器的逆运动学与解耦性分析 |
| 5.5 系统的仿真分析 |
| 5.5.1 仿真参数设定 |
| 5.5.2 轨迹规划 |
| 5.5.3 跟踪器的杆长计算 |
| 5.5.4 跟踪器的能耗计算 |
| 5.5.5 系统的环境适应性分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 供能与通信集成的空间大型可展开汇聚跟踪系统 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 系统的整体设计 |
| 6.2.1 环柱型索网反射器和能量转换装置的功能性分析 |
| 6.2.2 3-RPS指向机构的分析与选择 |
| 6.2.3 集成供电和通信功能的实现 |
| 6.2.4 系统关键部件的结构设计 |
| 6.3 系统的运动轨迹规划 |
| 6.4 系统的仿真分析 |
| 6.4.1 参数设定 |
| 6.4.2 系统的设计尺寸合理性分析 |
| 6.4.3 系统的展开过程仿真分析 |
| 6.4.4 3-RPS指向机构的仿真分析 |
| 6.4.5 系统的静力学分析 |
| 6.5 系统的初步关键地面实验 |
| 6.5.1 可展开圆环的地面展开实验 |
| 6.5.2 3-RPS指向机构的地面追日实验 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）空间相机反射镜结构优化及其支撑结构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 空间相机反射镜国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外大口径反射镜研究进展概况 |
| 1.2.2 国内大口径反射镜研究进展概况 |
| 1.3 未来发展趋势 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 反射镜组件运行环境分析与设计准则 |
| 2.1 静载荷环境 |
| 2.2 动载荷环境 |
| 2.3 热载荷环境 |
| 2.4 其他因素环境 |
| 2.5 镜体组件环境适应性要求 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 大口径反射镜镜体结构设计 |
| 3.1 反射镜设计指标 |
| 3.2 反射镜初步设计 |
| 3.2.1 反射镜材料的确定 |
| 3.2.2 镜体厚度的确定 |
| 3.2.3 支撑点与支撑点位理论设计 |
| 3.3 反射镜轻量化设计 |
| 3.3.1 轻量化形式 |
| 3.4 反射镜结构参数优化 |
| 3.4.1 镜体结构参数灵敏度分析 |
| 3.4.2 反射镜结构参数优化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 反射镜支撑结构设计 |
| 4.1 支撑方案介绍 |
| 4.2 支撑结构材料选择 |
| 4.3 柔性铰链设计 |
| 4.3.1 柔性铰链简述 |
| 4.3.2 柔性铰链结构设计 |
| 4.4 反射镜支撑结构设计 |
| 4.5 反射镜柔性支撑优化改进 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 反射镜组件有限元分析及面形检测 |
| 5.1 反射镜组件静力学分析 |
| 5.1.1 重力载荷与温度载荷分析 |
| 5.1.2 镜面面形 |
| 5.2 反射镜组件动力学分析 |
| 5.2.1 模态分析 |
| 5.2.2 谐响应分析 |
| 5.2.3 随机振动分析 |
| 5.3 反射镜面形检测 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 不足与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
| 攻读学位期间参与项目 |
（10）空间遥感相机次镜支撑结构优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外空间相机研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 空间相机发展趋势 |
| 1.3 次镜支撑结构功能及结构形式 |
| 1.3.1 薄壁筒式结构 |
| 1.3.2 桁架式结构 |
| 1.4 课题来源及研究内容 |
| 1.4.1 课题来源 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.5 技术难点及研究方法 |
| 1.5.1 技术难点 |
| 1.5.2 研究方法 |
| 1.6 研究内容及章节安排 |
| 第2章 材料性能对比研究 |
| 2.1 综述 |
| 2.2 材料概述 |
| 2.3 材料筛选 |
| 2.3.1 次镜选材 |
| 2.3.2 次镜支架选材 |
| 2.3.3 前镜筒选材 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 次镜支撑构型设计 |
| 3.1 支撑结构设计约束 |
| 3.2 薄壁筒构型 |
| 3.2.1 薄壁式前镜筒 |
| 3.2.2 三翼辐板 |
| 3.2.3 蘑菇式次镜 |
| 3.2.4 仿真分析 |
| 3.3 桁架式构型 |
| 3.3.1 网状前镜筒 |
| 3.3.2 交叉式辐板 |
| 3.3.3 蜂窝式次镜 |
| 3.3.4 仿真分析 |
| 3.4 性能对比 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 轻量优化研究 |
| 4.1 影响结构力热性能的参数 |
| 4.2 次镜厚度优化 |
| 4.2.1 球面拟合 |
| 4.2.2 参数优化 |
| 4.3 次镜支架角度优化 |
| 4.4 前镜筒组件尺寸优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 仿真分析 |
| 5.1 静力学分析 |
| 5.1.1 重力 |
| 5.1.2 温度适应性 |
| 5.2 动力学分析 |
| 5.2.1 模态 |
| 5.2.2 随机 |
| 5.3 过载分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间所取得的相关科研成果 |
| 致谢 |
四、接触理论在空间遥感器动力学分析中的应用（论文参考文献）
- [1]空间望远镜光机结构设计及力学特性研究[D]. 曲慧东. 长春工业大学, 2021(08)
- [2]空间飞行机器人运动控制技术及地面模拟实验研究[D]. 徐策. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [3]空间相机光机结构集成优化设计方法研究[D]. 邵梦旗. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [4]大口径空间遥感器光机结构一体化设计[D]. 何啸. 北华航天工业学院, 2021(06)
- [5]大口径空间遥感器失调波像差次镜校正技术研究[D]. 李宪斌. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(01)
- [6]可在轨集成光学载荷支撑技术研究[D]. 袁野. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(01)
- [7]空间相机碳纤维蜂窝夹层光机结构研究[D]. 袁健. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [8]轻型太阳能汇聚跟踪系统研究[D]. 郑涛. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [9]空间相机反射镜结构优化及其支撑结构研究[D]. 张超杰. 长春工业大学, 2020(01)
- [10]空间遥感相机次镜支撑结构优化设计[D]. 梁策. 北华航天工业学院, 2020(08)