地基望远镜力学、温度场特性对光学性能影响研究

摘要

本文概述了望远镜的发展，介绍了望远镜的分类和几种典型望远镜光学系统的结构形式及国内外大口径地基望远镜的进展。阐述了分析现代光机系统普遍采用的光机热集成分析方法的概念、思想方法、应用及分析的一般过程，总结了力学分析、热分析、光学分析的内容及进行工程分析的步骤。首先，在结合主次镜及其支撑结构和支撑方式的基础上，对主镜和次镜进行了静力学分析，讨论了主次镜在不同方向、不同支撑结构下的重力变形和刚体位移，计算了不同状态下侧支撑力的大小对主镜面型变形的影响，指出了中心支撑对有中心孔的光学镜子在减小面型变形方面的重要作用；然后对主次镜进行了动力学分析，着重讨论了次镜不同支撑结构方式的固有频率以及提高次镜支撑系统刚度的一些建议。接下来分析了主次镜在轴向、径向、周向温度梯度作用下的温度场分布及面型变形，阐述了分色镜的体吸收、面发射的特性并建立了分色镜的模型，对分色镜进行了瞬态温度分析，得到了不同时间内分色镜的温度场分布及面型变形，确定了其对可见光和中波红外光的影响，提出了温控的建议并分析了分色镜的自辐射对探测器的影响。在完成了结构和热分析的基础上，分析了机械载荷和热载荷作用下元件变形对光学性能的影响，分析结果与在载荷作用下元件变形的规律相比是一致的，光学性能的变化可以满足使用要求。对有限元法分析计算的误差做了总结和评估，提出了误差控制的几个途径，对本文所采用的分析计算的误差做了简略的评估，并通过主镜的面型检验验证了仿真结果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表索引

声明及长春光学精密机械与物理研究所博士学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1引言

1.2望远镜的分类

1.3望远镜的发展

1.4光电测量望远镜——经纬仪

1.5现代光学系统的分析方法概述

1.5.1集成分析

1.5.2集成分析的发展及应用

1.6课题的来源及本文的主要内容

1.7小节

第二章集成分析的理论基础

2.1集成分析理论概述

2.1.1光、机、热集成分析的机理及目的

2.1.2光、机、热分析的一般过程

2.2力学原理回顾

2.2.1弹性力学基本理论

2.2.2弹性力学的应力应变方程

2.3有限元分析基础

2.3.1有限元法

2.3.2结构分析基础

2.3.3热分析基础

2.4集成分析对工程技术人员的要求

2.5小节

第三章光学系统的力学特性分析

3.1引言

3.2镜子重力变形的圆板理论分析

3.2.1圆板理论的适用性

3.2.2规划圆板变形和圆板径厚比公式

3.3光学镜子的结构形状、支撑方式和镜体材料

3.3.1光学镜子的结构形状

3.3.2光学镜子的支撑方式

3.3.3光学镜子的材料

3.4主次镜系统的静力学特性分析

3.4.1主镜的静力学特性分析

3.4.2次镜的静力学特性分析

3.5主次镜系统的动力学特性分析

3.5.1动力学特性分析概述

3.5.2主镜的动力学特性分析

3.5.3次镜系统的动力学分析

3.6小节

第四章光学系统的热特性分析

4.1引言

4.2光学元件在温度场作用下的变形形式

4.2.1镜面的边缘效应

4.2.2光学镜子在轴向温度梯度下的变形

4.2.3光学镜子在径向温度梯度下的变形

4.2.4光学镜子在周向温度梯度下的变形

4.3光学镜子温度场特性理论分析

4.4主镜的热变形分析

4.4.1主镜存在轴向温差时面型变形

4.4.2主镜存在径向温差时面型变形

4.4.3主镜存在周向温差时面型变形

4.5次镜的热变形分析

4.6分色镜的热及辐射分析

4.6.1分色镜的热分析

4.6.2分色镜的热变形分析

4.6.3关于分色镜一些问题的说明

4.6.4分色镜的自辐射分析

4.7小节

第五章结构温度场特性对光学性能的影响分析

5.1光学系统成像质量的评价方法

5.2外加载荷系统光学性能影响

5.2.1机械载荷对系统光学性能的影响

5.2.2热载荷对系统光学性能的影响

5.3 小节

第六章仿真结果误差分析

6.1 FEA误差分类及评价

6.2误差控制方法

6.3主镜检验

第七章 结论与展望

参考文献

致 谢

攻读博士期间发表的论文

个人简历