大口径SiC反射镜组件研制技术

　　0 引 言

　　大口径 SiC 反射镜组件的研制一直以来都是轻小型相机研制中亟待解决的关键技术之一，其性能的优劣与相机的成像质量密切相关，合理、高效的完成大口径 SiC 反射镜组件的工程研制是保证相机研制任务顺利完成的重要保障，也是工程技术人员奋斗的方向。

　　本文以某型相机大口径 SiC 反射镜组件的工程研制为例，从方案设计、力学样机设计与分析及地面试验三方面阐述了大口径 SiC 反射镜组件进行合理、高效、高可靠性设计的主要研制技术路线。

　　1 原理样机方案设计

　　在该大口径 SiC 反射镜组件的研制过程中主要遵循如下原则：

　　1) 优良的结构刚度和强度，保证发射力学环境及光学设计要求;

　　2) 高的热稳定性，满足相机热环境适应性;

　　3) 高轻量化率，极大的减轻反射镜组件重量。

　　从镜体材料的综合性能、技术成熟度、经济合理性等因素考虑，选用凝胶注模 RB-SiC 作为镜体材料。凝胶注模成型工艺易于制造形状复杂的镜体结构，利于镜体的轻量化设计，该大口径 SiC 反射镜优先采用了底部局部开口的三角形轻量化形式，且为最大限度的减轻 SiC 反射镜的重量，镜体采用了双弧线型结构，在保证反射镜整体刚度不变的同时使轻量化率进一步提高，该反射镜轻量化结构如图1 所示。

　　为改善反射镜组件的热稳定性，镜体镶嵌件选用了与 RB-SiC 热胀系数匹配的铟钢(4J36)，柔性支撑选用了性能稳定的钛合金(TC4)，镜组基板选用了新型高比刚度、高热导率、低线胀系数的高体分 SiC/Al 复合材料，较同等刚度钛合金件相比，该反射镜组件减重达 40%以上。本方案中，各种材料的性能参数如表1 所示。

　　由于反射镜组件的结构参数较多，在反射镜组件结构设计过程中，轻量化率、刚度和热稳定性这三个主要性能指标之间通常是互相矛盾的：提高轻量化率势必会削弱镜体的静、动态刚度，使得镜面的自重变形增大;同样，高的静态刚度也并非意味着镜体同时具有较高的热稳定性。为了较好的做到这三者的平衡，在反射镜结构设计过程中施以热优化手段，即在保证一定的轻量化率和较小的自重变形的前提下，以减小反射镜体的热变形为准则对某些结构尺寸参数进行二次优化设计，从而达到提高热稳定性的目的。为确保本方案中柔性支撑的热稳定性，在具体方案设计中分别对柔性部位的各个参数与镜体热稳定性的影响规律作了初步的分析研究，并在此基础上利用有限元法对该 SiC 反射镜组件进行了系统的结构-热优化设计，图2 所示为该大口径 SiC 反射镜组件，图 3 所示为该反射镜组件设计优化流程图。