Ф600 R—C光学系统的研制

此轻量化R—C光学系统焦距6000mm，相对口径1／10．其主镜通光口径600mm，相对口径1／1．2，主镜轻量化达53％．在传统制作的基础上，提出并研究了新的检测方法和新的工艺，主镜采用会聚光和平行光奥夫纳补偿器检验，次镜采用了反射自准检验和Hindle球检验．对轻量化主镜采取多点支撑方式．次镜加工精度：Hindle球检验弥散圆直径0．02mm，面形误差值0．12λ（λ=0．6328μm）．主镜补偿检验弥散圆直径0．02mm，主次镜组合光学系统的弥散圆0．02mm，WYKO干涉仪检测波前误差值1．2λ，均方根为0．18λ，完全达到了使用要求．     

Φ600 R-C光学系统的研制

此轻量化R C光学系统焦距6 000 mm,相对口径1/10.其主镜通光口径600 mm,相对口径1/1.2,主镜轻量化达53%.在传统制作的基础上,提出并研究了新的检测方法和新的工艺,主镜采用会聚光和平行光奥夫纳补偿器检验,次镜采用了反射自准检验和Hindle球检验.对轻量化主镜采取多点支撑方式.次镜加工精度:Hindle球检验弥散圆直径0.02 mm,面形误差值0.12λ(λ=0.632 8μm).主镜补偿检验弥散圆直径0.02 mm,主次镜组合光学系统的弥散圆0.02 mm,WYKO干涉仪检测波前误差值1.2λ,均方根为0.18λ,完全达到了使用要求.     

大口径主镜镜面朝下镀膜支撑优化设计

通过采用参数化建模方法联合有限元软件仿真分析优化和数学计算软件。针对2 m级SiC主镜进行轻量化设计与优化,并设计了一套以机械Whiffletree作为轴向支撑,切向杆A-Frame为侧支撑的镜面朝下的镀膜支撑方案。保证了主镜翻转为镜面朝下的过程中,面形精度表面误差均方根(root mean square, RMS)的最大值为16.474 nm,镜面朝下时RMS为14.334 nm,表面最大、最小误差差值PV为61.49 nm。并通过特殊的结构设计在确保镀膜质量和主镜翻转过程中的安全性的前提下,使主镜在90℃高温下最大应力仅为3.720 1 MPa(属于弹性变形范围),实现了轴向支撑与侧支撑的自由度解耦,保证主镜的自由热膨胀,满足镀膜要求。     

Whiffletree支撑结构平衡性调节及测试方法

基于运动学原理的Whiffletree结构被广泛应用在大口径望远镜底支撑中。为了达到理想的支撑效果,保证主镜镜面面形精度,对Whiffletree结构的平衡性能提出了很高的要求。针对这一装调测试需求,结合Whiffletree结构的特点,提出了运用Load cell、千分表等仪器对Whiffletree结构的平衡性测试方案,并通过增减配重和调节配重高度的方法对Whiffletree结构的平衡性进行调节。首先对该装调测试方案进行了原理分析,然后使用该方案对某望远镜主镜底支撑所采用的Whiffletree结构的平衡性进行了调节和测试。测试结果表明,经调节后的结构各支撑点支撑力误差在±0.25 N范围内,满足±0.5 N的设计要求。该方法切实可行,对今后Whiffletree结构更好地应用在大口径望远镜的支撑中具有一定指导意义。     

空间光学遥感器长条形反射镜集成优化设计

针对空间光学遥感器离轴三反光学系统主镜的高轻量化率、高面形精度要求,提出了一种长条形反射镜集成优化的设计方法。首先利用变密度的拓扑优化方法分别得到刚度最大化和一阶频率最大化的反射镜拓扑模型,综合两种拓扑模型得到了反射镜的集成设计方案;然后提出了基于镜面变形值的镜体加强筋变量拓展优化方法,进行了设计变量的灵敏度分析,并对反射镜局部加强筋进行了多变量尺寸优化,得到了该长条形反射镜的最佳轻量化结构;最后对优化结果进行了有限元分析,仿真结果表明反射镜在优化后的面形精度有了显著提升,镜体质量仅为8.65 kg,与实心镜体相比轻量化率达到了80.9%。在Z向1g重力作用下,镜面面形精度峰谷值为23.70 nm,均方根值为4.54 nm,该优化方法能很好地满足设计要求。     

拓扑优化在单缸机缸体轻量化设计中的应用

为将三维拓扑优化技术应用于发动机气缸体轻量化设计中，对采用变密度拓扑优化方法的拓扑优化技术进行了研究．以缸体上施加最大爆发压力工况为边界条件，以缸体总柔度最小化为优化目标，以缸体重量为约束条件，对缸体进行拓扑优化．拓扑优化后的结构考虑加工、装配等因素，进行合理的重新建模后，分析了最大爆发压力工况和最大侧向力工况的气缸体应力分布，两种工况下优化后的缸体最大应力比原气缸体降低，应力分布更加均匀．结构优化方法用于缸体的等强度轻量化设计中，很容易确定缸体的最佳形状，并能减少重复设计验证的次数。     

翼缘纵向变厚度工型截面简支梁承载性能有限元分析

目的研究翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的构件受力性能,为其进一步参数化分析提供依据.方法采用有限元软件ANSYS对2根翼缘纵向变厚度构件和2根等厚度对比构件进行模拟,研究单点加载和两点加载情况下的承载性能,考虑试验侧向支撑和理想侧向边界条件的影响,并将模拟结果与试验结果进行对比.结果有限元计算结果与试验结果吻合良好,4根构件截面均达到密实截面要求,且翼缘变厚度工型截面梁可以获得更大的强度储备;理想侧向支撑有利于提高构件的整体承载力,相比试验侧向支撑模型提高约5%.结论笔者建立的有限元模型能够合理模拟试验条件,且建议在进一步参数化分析中采用理想侧向支撑边界条件;纵向变厚度钢板节省用钢量以及本身强度优势,用于工型截面受弯构件翼缘可以获得更高的强度储备和更大的经济效益.     

一种空间大口径碳化硅指向镜轻量化设计

介绍了一种空间大口径碳化硅指向镜轻量化设计,其内容包括镜子外部形状、背部轻量化孔结构形式.最后用有限元方法分析设计结果,这为国内设计空间大口径碳化硅指向镜提供了参考经验.     

塑料后尾门的拓扑优化及其轻量化研究

针对某款集成塑料SUV汽车后尾门部件,建立不同工况下约束和设计目标的一体化模型,以最小质量为优化目标和不同区域厚度为优化变量进行轻量化拓扑优化分析。并对轻量化后的集成塑料后尾门进行刚度和强度的力学性能验证。结果表明：拓扑优化经过8次迭代后,其质量可从1.077×10^-2MIN降为8.830×10^-3MIN,实现减重20%的轻量化目标。试验结果发现轻量化后的样品刚度和强度等力学性能指标,能满足塑料后尾门力学性能要求。拓扑优化分析为集成塑料后尾门的轻量化设计提供了有效参考。     

混凝土压力壳点支撑圆柱钢衬双轴失稳研究

应用Ｗ．Ｔ．Ｋｏｉｔｅｒ的初始后屈曲理论，研究混凝土压力壳内点支撑圆柱钢材在轴向及侧向外庄两种载荷同时作用下的临界载荷，后屈曲性态，并给出支撑点铆栓的合理布置间里。结果表明：点支撑圆柱钢衬的后屈曲性态较为复杂，它随轴向和环向的支撑间距比而变化，当此支撑间距比满足一定条件时，可使点支撑钢衬后屈曲呈稳定性态。     

Deposition of metal films on an ionic liquid as a basis for a lunar telescope

An optical/infrared telescope of 20-100 m aperture located on the Moon would be able to observe objects 100 to 1,000 times fainter than the proposed next generation of space telescopes. The infrared region of the spectrum is particularly important for observations of objects at redshifts z > 7. The apparent simplicity and low mass of a liquid mirror telescope, compared with a traditional pointable glass mirror, suggest that the concept should be considered further. A previously proposed liquid mirror telescope, based upon a spinning liquid metallic alloy, is not appropriate for infrared applications, which will require a liquid below 130 K. Here we report the successful coating of an ionic liquid with silver. The surface is smooth and the silver coating is stable on a timescale of months. The underlying ionic liquid does not evaporate in a vacuum and remains liquid down to a temperature of 175 K. Given that there are approximately 10(6) simple and approximately 10(18) ternary ionic liquids, it should be possible to synthesize liquids with even lower melting temperatures.     

南极天文光学望远镜智能化除霜方法

南极Dome A(冰穹A)因其优良的观测条件被誉为地球上最好的天文观测台址之一。Dome A温度常年处于-30～-80℃,相对湿度40%～80%,温度起伏大,望远镜镜面易结霜,影响天文观测的效率和质量。为实现无人值守的智能化镜面除霜、减少除霜对观测时间的占用、降低除霜对镜面视宁度的影响、减少除霜对能源的消耗,提出了智能化除霜方法。首先,分析环境、科学数据、仪器三者的关系,利用外部输入非线性自回归(nonlinear auto regressive models with exogenous input,NARX)时间序列神经网络构建望远镜镜面状态的预测模型;其次,设计南极望远镜智能化除霜仿真系统,实时预测镜面情况,根据预测结果模拟采取相应的应对措施。结果表明该方法能有效实现智能化除霜,减少了人为干预,节约了观测时间,提高了望远镜运行的可靠性。     

舰艇雷达望远镜瞄准线和火炮膛线平行度调校

为了更好地提高舰艇雷达望远镜瞄准线和火炮膛线的平行度,本文提出了一种采用专利激光自动安平水准仪,校炮镜,方管前置镜,在舰艇上调校的方案。该专利产品安平精度为20″,基尺寸小,便于安装,调试灵活方便,能够解决由于舰艇上雷达,望远镜和火炮相距十几米远,该雷达,望远镜控制火炮困难的问题。从而实现雷达,望远镜瞄准轴线和火炮膛线的平行度。     

大射电望远镜FAST馈源支撑两级调整机构联调机理分析

从运动学的角度分析了大射电望远镜FAST馈源支撑系统两级调整机构的联调机理,并运用空间矢量工具推导了运动学控制的数学模型.此外,还给出了精调控制方案、Stewart精调机构的控制策略、硬件结构和软件流程,并对总体控制系统做了说明.联调机理分析对实现FAST馈源支撑系统联调方面做了一次有益的探索,有助于FAST研究工作的进展.     

Astronomy (communication arising): black holes, fleas and microlithography

Fresnel lenses allow almost perfect imaging in widely different circumstances, but their focus is perfect only for a single wavelength. Wang et al. have shown how the effective bandpass may be widened for X-ray microscopy by using a compound diffractive/refractive lens near to an absorption edge. A compound lens has also been proposed for high-energy astronomy, working well above all absorption edges. Although the scale is very different, we point out here that the principle is the same. Ever since Galileo constructed an astronomical telescope that he was able to reconfigure to study fleas and gnats, astronomy and microscopy have relied on optics that are closely related, but different in detail.     

卫星光通信中接收天线的性能分析

为了获得高性能的接收天线以改善卫星光通信的系统性能,基于电磁波辐射理论,分析了接收光学天线的重要参数,研究了卫星光通信中使用单个光学天线及光学天线阵的性能.对单个光学天线的设计进行了优化,分析了单个光学天线及光学天线阵的相关参数之间的关系.通过仿真,不仅论证了星间激光通信需要极精确的指向角度,且可得出结论,在星间激光通信系统的光学终端中使用光学天线阵具有更大的优势.     

大口径空间望远镜变形镜校正能力分析

为满足大口径长焦距空间望远镜在轨像差校正的要求,提出采用出瞳变形镜技术方案。首先分析了在轨误差源以及主动校正像差的必要性,建立了变形镜高斯影响函数模型,给出变形镜控制矩阵和控制电压解算方法;在此基础上,通过对波前畸变模拟校正误差分析,确定方法的有效性。通过有限元对主镜在轨工况条件分析,得到离散点坐标值及相应的位移值,处理数据用于出瞳变形镜校正,完成在轨主动光学校正全链路仿真。     

基于目标检测的激光雷达道路边缘检测算法

道路边缘检测是自动驾驶车辆环境感知的重要组成部分,有效地从点云数据中提取道路边缘信息,有利于进行目标检测以及可行驶区域检测。针对点云道路边缘检测问题,提出了一种考虑车辆等道路参与者对道路边缘检测带来干扰的解决方案。首先,采用地面点云分割算法,将原始点云分割成地面点云和非地面点云;其次,根据车辆等道路参与者的固有特性,采用点云聚类算法对点云进行聚类,并将符合车辆等道路参与者特性的非地面点云进行滤除;再次,根据道路边缘点云在二维平面内,能够有效的遮挡激光发射中心点与非道路边缘点之间的连线,从而提取道路边缘点云;最后,采用随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法对道路边缘点云进行多项式拟合,并使用扩展卡尔曼滤波器对道路边缘进行跟踪。实验结果表明,所提点云道路边缘检测算法能够消除车辆等道路参与则对点云道路边缘检测的影响,且算法满足实车实时性和鲁棒性要求。     

光杠杆、标尺望远镜组测量微小变化量的误差分析

以光杠杆、标尺望远镜组测量微小变化量原理为依据，就镜面、标尺和望远镜光轴等偏调，对测量微小变化量的误差进行了分析。