空间大口径光学主镜展开机构设计及动力学分析

摘要

随着空间科学技术的迅猛发展,空间大口径光学相机在深空探测、对地观测等方面发挥着重要作用.分块式可展开光学主镜是目前大口径光学相机的发展趋势,是突破相机大口径难题的有效技术途径.本文设计一种新型空间大口径光学主镜可展开机构,光学主镜为环扇形分块式,采用联动机构同步展开.将主镜可展开单元抽象为空间可展开7R机构,采用空间几何的方法分析主镜可展单元各边角的关系,采用改进型D-H法建立机构的CFD-H坐标系,进一步得到主镜可展单元机构的坐标转换矩阵.通过坐标转换矩阵推导得出主镜可展单元的拉格朗日函数,对可展开单元进行了动力学分析,计算可展单元匀速展开时所需的力矩,并通过仿真验证理论计算的正确性.进一步建立整个主镜可展开机构的ADAMS动力学模型,分析考虑回转关节摩擦阻尼及杆件柔性时,主镜可展机构的展开动力学特性.研制光学主镜可展开机构的原理样机,进行了展开功能验证试验,验证主镜的同步展开性能.对光学主镜进行了模态测试,且试验结果与仿真一致.这些将对空间大口径光学系统可展开机构的设计提供思路及数据支持.