靶镜姿态调整机构三角支承受力和变形研究

　　1 引 言

　　随着化石能源的逐渐减少和对传统核电站运行和废料存储安全性的顾虑，基于聚变的新型能源生产方式正在受到研究者的重视，核聚变可分为磁约束聚变 和惯性约束聚变[1-2]。激光惯性约束聚变具有束靶分开，容易维修的优点，如今世界各个大国都在进行着惯性约束聚变研究与实验，其基本原理是通过高功率 的激光束聚焦到热核材料制成的靶丸上，在极短的一瞬间内产生极高温和极高压，被高度压缩的稠密等离子体在未扩散之前，即已完成聚变反应[3-5]。我国也 在研究类似目的的大功率激光打靶装置，在靶场内激光束按特定的光路传入，通过终端光学组件中的调焦模块对靶镜调焦，使激光会聚后能准确地集中在靶的某一特 定部位，从而达到激光打靶的目的[6-8]。

　　2 靶镜姿态调平机构简介

　　在激光打靶装置的靶室部分，由靶球和多个终端光学组件组成，如图 1 是一种由 8 路激光束来实现打靶的示意图，由于遮挡原因仅示出四路，每一个终端光学组件与水平面成 ±45°安装。

　　在将多路大口径强激光聚焦到靶丸数百微米腔孔内的整个系统中，靶镜的空间姿态会严重影响激光聚焦位置即打靶精度[9]。为了保证微米级的打靶精 度，终端光学组件中有沿主光轴可调整靶镜焦点位置的调焦模块。在调焦模块中，利用基座平板、调节平板和三顶三拉的调节螺钉组成调平机构来实现靶镜的姿态调 整，如图 2所示。

　　以往的三点支承调平机构的研究大多数是针对水平调平的情况[10-12]，而针对倾斜安装的情况研究较少，因此本文将重点研究以下问题:

       1) 三角形分布的三顶三拉结构当沿 ± 45° 倾斜安装时，由于结构重力的作用，会对顶-拉螺栓组( 如图 3 所示) 产生不同的受力影响，因此需要分析和判断三顶三拉结构正立等腰三角形布置和倒置等腰三角形布置的优劣;

　　2) 由于 ± 45°倾斜安装，会引起调节平板的变形，因此需要比较分析三顶三拉结构分别在正立等腰三角形布置和倒置等腰三角形布置方式下的变形大小;

　　3) 需要通过实验测定的方法来验证上述分析的正确性。

　　3 三顶三拉结构布点方式与受力分析

　　与水平安装的调平机构不同，倾斜安装时由于工作平面上的载荷会影响调整螺栓的受力，因此可以通过静力分析来比较不同布点方式的优劣。

　　在与水平方向倾斜 45°方向的安装线上将调平机构安装后，由于靶镜及相关结构重力作用，会影响到调整螺钉组( 顶拉结构) 的受力。下面通过空间力系的分析，来计算螺钉组的顶—拉力。