摘要：空间轻量化主镜组件在温度变化、装配误差、重力和振动等作用下,面形精度会有明显退化.轻量化主镜的面形误差大小将直接影响光学系统的成像质量,基频反映结构抗振动和冲击的能力.本文结合传统轻量化方式与拓扑优化方法,提出了一种主镜轻量化多目标优化设计方法.首先对主镜进行传统的轻量化设计,再以温度、装配误差和重力工况下的主镜组件的面形误差RMS和基频为优化目标,体积或质量为设计约束,利用拓扑优化方法进行轻量化设计.通过对拓扑优化结果进行结构解析,并考虑各种加工工艺约束,得到主镜的轻量化结构.最后,利用有限元分析软件ANSYS计算优化后的轻量化主镜在各工况下的变形,MATLAB统计相应工况下的面形误差RMS:温度变化4℃工况,镜面的均方根误差RMS达到2.19nm,0.1mm装配误差工况镜面RMS达到3.81nm,光轴水平1g重力工况镜面RMS达到3.23nm,主镜组件基频达到126.4Hz,主镜轻量化率达到81.2％.同时,采用主镜和柔性支撑的一体化设计,降低了设计风险,缩短了设计周期.得到的结果验证了本文方法的有效性.
