1、支撐結構設計施工方法1 1 支撐方式和支撐點選擇由于相機采用全反射光學系統，反射鏡的背部不參與光束傳輸，因此，常采用剛度較高的背部支撐方式。12 柔性支撐結構設計在主鏡支撐結構上減弱了個別方向上的剛度，引入了一定的柔性，以此來抵消反射鏡由于溫度變化產生的熱應力和微小變形。柔性鉸鏈被廣泛應用于支撐結構的柔性設計領域，其具有無機械摩擦、結構簡單、釋放自由度和靈敏度高等特點。柔性鉸鏈通過在某一方向上切開一個柔性槽，以降低該方向上的剛度，體現其柔性，使其能夠產生微小變形，釋放熱應力，只存在一個柔性槽的柔性鉸鏈被稱為單向柔性鉸鏈，而在一般情況下，往往將多個柔性槽成組使用，即可實現在多方向上的柔性，達到釋

2、放多個自由度的目的，將其稱之為多層柔性鉸鏈。由于主鏡采用背部 3 點支撐方式，在反射鏡長度方向上對稱分布支撐點位置，基于半運動學安裝定位原理，每個柔性支撐結構需要約束兩個方向的自由度，因此，采用 3 層組合式柔性鉸鏈，釋放 4 個方向的自由度，參考 Bipod 雙腳架設計原理，設計柔性支撐結構，其分為兩個部分，上部分與反射鏡支撐孔粘接，下部分與支撐背板連接，上下兩部分通過螺釘連接。3 個柔性鉸鏈對心安裝，便可以恰好約束鏡體6 個方向的自由度，又不會因為過定位產生裝配應力。支撐背板的作用是固定連接3 個柔性支撐結構，將反射鏡固定安裝在框架指定位置，因此采用高強度的加強筋與薄壁組合的結構形式，組成

3、多個結構封閉的四邊形單元，以達到支撐背板高剛度的的要求。對比材料各項性能指標，綜合考慮力學性能、熱性能、對空間環境的適應性以及加工工藝性等因素，選用線脹系數經過特殊匹配的Invar作為反射鏡柔性支撐結構的材料，采用比剛度高、導熱性好、線脹系數低的高體份SiC/Al復合材料作為支撐背板的材料。2 鏡體輕量化設計在反射鏡背部，布置一系列形狀規則的三角形輕量化孔，具有輕量化率較高、剛度好、“網格效應”低、加工制造工藝成熟等優點。為確定主鏡鏡體最優的結構尺寸，在反射鏡剛度最大和質量最小之間取得最佳平衡，需要對鏡體進行優化設計。首先建立反射鏡的有限元模型，分析其在1g 重力作用下的變形，并提取鏡面最大變

4、形結果，生成優化過程中所需要的分析文件，然后，選擇優化處理器，確定目標函數為反射鏡質量最小，狀態變量為1g 重力作用下的鏡面最大變形結果，設計變量為反射鏡結構尺寸參量，選擇背部3 點支撐約束，指定優化方法及循環控制方式，便可以進行優化分析。但是，在主鏡結構優化設計過程中，影響反射鏡鏡體質量和剛度的結構參量有很多，若都進行優化設計，會使設計變量增多，迭代次數增加，運算效率降低，甚至導致無法收斂。由于各結構尺寸的影響程度各不相同，可以首先分析各參量對鏡體質量和1g 重力條件下鏡面最大變形量的影響。因此，在進行結構優化分析之前，先確定影響較小的結構尺寸參量，降低計算規模，再對影響較大的結構尺寸參量進

5、行多變量優化。3 反射鏡組件有限元分析對經過分析和優化設計后的主鏡組件進行有限元分析，在建立結構的有限元模型時，以六面體Hex6 單元為主，以提高分析精度和效率。利用有限元分析軟件，分析得到主鏡組件在重力和溫度影響下的變化結果，由分析結果可以看出，主鏡組件在重力和溫度變化作用下，表征面形變化的PV值和均方根 (rootmeansquare， MS)值，以及表征位置變化的位移值和轉角值均能滿足設計要求，1 階頻率為8003Hz，滿足衛星對載荷特征頻率大于60Hz的要求，因此，主鏡組件結構具有較好的力學適應性、溫度適應性和動態剛度。4 力學振動試驗為了驗證上述有限元分析結果的正確性，以及對實際加工裝配后的主鏡組件結構的穩定性有一個客觀評價，對主鏡進行了 1g 正弦掃頻試驗，測試結構的實際模態，如圖9 所示。振動響應曲線如圖10 所示，縱坐標表示對測點加速度響應值 Ma求以 10 為底的對數。從響應曲線可以看出，主鏡組件的實際1 階頻率為 7306Hz，動態剛度較高，且與有限元分析誤差不到10%，說明了有限元分析結果精度較高。5 結論結合自由度理論和柔性鉸鏈原理，完成了主鏡支撐方式和柔性支撐結構的設計，利用參量化建模方法，