空间望远镜微振动抑制关键技术研究

来源 :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 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaowu7623563
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随着深空探测领域的快速发展,用于深空探测的空间望远镜的研制需求愈发迫切。在研制过程中,稳定性是一项重要指标,望远镜上各活动机构产生的微振动是影响稳定性指标的主要原因,因此需要对微振动进行抑制。本文从微振动集成仿真技术、空间望远镜载荷整体隔振技术以及主动阻尼抑振技术三个方面进行了系统深入地研究。具体内容如下:开展了微振动集成仿真技术的研究,主要内容为微振动集成仿真模型的建立,相比于传统结构动力学分析,该模型最终的输出结果为空间望远镜的指向稳定度(Line-of-Sight,LOS),该分析结果可用于空间望远镜的稳定性评价。微振动集成仿真模型包括三个重要组成部分,分别完成了建立,一是以结构模型为基础的有限元分析模型,主要包括空间望远镜载荷、隔振系统以及空间望远镜平台等。二是光学模型,由镜面刚体位移拟合方程和像点的光学灵敏度矩阵组成。三是扰动源模型,主要是扰动源界面的力和力矩,由实测获得。对模型进行了集成,该模型可用于结构层面的模态分析和频率响应分析,掌握其动力学特性。亦可以最终像点的响应作为分析结果在时域和频域上对望远镜的光轴指向稳定度进行评估。在空间望远镜载荷隔振系统的设计过程中可以直接以稳定性指标作为设计目标。设计与优化了一种空间望远镜整体隔振系统,主要包括隔振系统的构型、隔振系统的刚度以及隔振系统的阻尼。在传统的隔振系统构型设计过程中,均假设下平台为约束状态且卫星平台的质量远大于载荷,但对于空间望远镜而言,载荷与平台的质量是相接近的,并且边界条件为在轨无约束状态。对此提出了一种考虑上述情况的隔振系统固有频率分布计算模型,并且完成了以隔振系统第6阶和第1阶整体模态的固有频率比值最小为优化目标的构型优化。完成隔振系统构型优化后,考虑到空间望远镜的质量偏心,提出了一种三向刚度可设计的金属隔振器,以上述优化目标完成了参数优化,使刚度优化后的频率比值进一步降低。设计加工了上述隔振系统的验证结构,将仿真与测试结果进行了比对,通过实验证明了刚度优化的有效性。完成了隔振系统阻尼的设计,设计并加工了一种间隙式液体阻尼器,对其结构特性和阻尼特性进行了分析,并且通过试验测试了其各频率下的阻尼特性。最后应用微振动集成仿真模型对完成构型、刚度以及阻尼优化设计的隔振系统的隔振效果进行了仿真分析,获得了系统的综合隔振效果,证明了隔振系统的有效性。进行了主动阻尼抑振技术研究,主要为两种基于正位置反馈方法的主动阻尼控制策略,分别是正加速度反馈和基于力反馈的改进正速度反馈。研究内容为三个方面,首先是对控制策略进行了推导,其次是对理论效果进行了仿真,最后是基于有限元分析对效果进行了仿真。设计了上述两种主动阻尼控制方法的执行机构:主动调谐质量阻尼器,对其结构特性进行了分析和测试。通过实验证明了两种控制策略的有效性,从时域和频域上均能得到较好的效果。
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