同轴轻型空间遥感器支撑桁架的设计与试验

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1、第１８卷第５期光学精密工程Ｖｏｌ．１８Ｎｏ．５２０１０年５月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｙ２０１０文章编号１００４９２４Ｘ（２０１０）０５１０９９０６同轴轻型空间遥感器支撑桁架的设计与试验张雷，金光（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）摘要：为满足空间遥感器的高度轻量化要求，提高其结构的基频，减少１００Ｈｚ以下低频振动的影响，研究了高比刚度的轻型支撑桁架结构。针对同轴长焦距光学系统，基于三角形稳定的原理设计了一种６杆碳纤维复合材料桁架结构，并

2、基于有限元法完成了其优化设计，使其质量降低了１１％。为验证其可行性，研制了力学模拟件，进行了工程分析和动力学试验，并讨论了分析和试验的误差来源。分析和试验显示，模拟件的固有频率超过了１２０Ｈｚ，表明所设计的支撑桁架合理可行，能够满足长焦距空间遥感器的使用要求。该结构在质量为１３ｋｇ的前提下，解决了目前该型遥感器基频较低的难题，该设计已成功应用于某相机结构中。关键词：空间遥感器；支撑桁架；模态分析；力学模拟件；振动试验中图分类号：Ｖ２４３．５文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１０１８０５．１０

3、９９犇犲狊犻犵狀犪狀犱狋犲狊狋狅犳狊狌狆狆狅狉狋犻狀犵狋狉狌狊狊犳狅狉犾犻犵犺狋狊狆犪犮犲狉犲犿狅狋犲狊犲狀狊狅狉ＺＨＡＮＧＬｅｉ，ＪＩＮＧｕａｎｇ（犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３３，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｔｒｕｓｓｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｉｆｆｎｅｓｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｔｏｌｉｇｈｔｅｎｔｈｅｍａｓｓｏｆｌｉｇ

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5、ｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ１１％．Ｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｒｕｓｓ，ａｍｏｄｅｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｓｏｕｒｃｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｐｒｏｔｏｔｙｐｅ’ｓｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ１２０Ｈｚ．Ｔｈｅｓｅｒｅｓｅａｒｃｈｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈａｔｔｈｅｔｒｕｓｓｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｐａｃ

6、ｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｏｒｓｗｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｏｆｔｈｅｔｒｕｓｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｌｏｗｅｒｔｈａｎ１３ｋｇ．Ｉｔｓｏｌｖｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｓｐａｃｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｏｒｈａｓａｌｏｗｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｔｏａｓｐａｃｅｃａｍｅｒａｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｌｉｇｈｔｓｐａｃｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｏｒ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｔｒｕｓｓ；ｍｏｄｅｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｔｏｔｙｐ

7、ｅ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｓｔ收稿日期：２００９１１２０；修订日期：２０１００３１１．基金项目：国家８６３高技术研究发展计划资助项目（Ｎｏ．２００６ＡＡ７０１４１０）１１００光学精密工程第１８卷力场和微重力场两种不同的力学环境变换下，桁１引言架变形引起的光学元件面形精度和各元件之间相对位置的变化不超出光学设计规定的允许值；为了承受卫星发射过程中的剧烈振动，遥感（２）结构的动态特性好，要有较高的基频，以器结构必须具有较高的基频，以避免与卫星和运减少外界激振源对光学系统性能的影响；载共振，并要

8、尽量减少１００Ｈｚ以下低频振动对其（３）便于装配、检验，保证结构在实验室和外核心部件的影响。而飞行器总体往往对遥感器的界环境下保持长期稳定；质量有严格的限制，大型遥感器的基频往往都较（４）在满足光学系统的光学性能条件下，尽量低，使其在发射过程中存在较大的安全隐患。因减小质量。此，合理设计遥感器支撑结构，使其既能够满足光学设计和质量的要求，又能够适应空间遥感器严［１］３同轴轻型遥感器支撑桁架设计酷的力学环境是一个值