在航天光学成像仪器中光学反射镜组件结构复杂,相应的有限元分析模型大,因此分析效率较低.针对此问题,引入子结构模态综合法作为光学反射镜组件结构动响应的求解方法.具体讨论了子结构模态综合法求解结构动响应的基本原理,说明了该法在工程上的实现方法.以某反射镜组件为例进行了计算,结果表明,子结构模态综合法与经典的整体FE分析法比较,求解的前10个固有频率误差小于7%,计算时间前者为后者的2/3;加速度响应曲线符合良好,计算时间前者为后者的2/5,子结构模态综合法的计算效率明显提高,工程适用性良好.

采用球铰支撑可以极大地提高大孔径反射镜工作的可靠性,但必须对这种支撑方式进行合理的稳定性分析.球铰支撑方式的有限元分析必须围绕其支撑方式所具有的严格而又明显的接触特性、顶丝预紧力作用、具有相对滑动趋势而产生的摩擦这三大基本特征展开.应用传统的线性有限元分析手段对大孔径反射镜球铰方式支撑的尺寸稳定性分析具有较大的局限性.为提高分析精度,采用了非线性分析方法,最大程度地模拟实际结构,并将罚函数的摩擦形式引进到了摩擦接触对中,并对其进行了实际模型的解算,使得分析结果更加精确,并依据分析结果,对预紧力进行了合理地选取,使反射镜在一定的工作环境下能够稳定地工作,满足系统成像的需要.

大孔径反射镜的柔性支撑在随机振动试验中应力响应较大,可能产生残余应变进而导致空间光学遥感器成像质量下降,因此,对大孔径反射镜组件进行随机振动响应分析尤为必要。阐述了随机振动分析的基本原理及其有限元实现。建立了反射镜组件的有限元模型,对其进行了随机振动响应分析,得出了反射镜的加速度均方根响应和柔性支撑的均值应力响应。分析结果表明：反射镜加速度响应均方根为16.3 Grms;柔性支撑的均值应力响应为34.9 MPa。随后进行了随机振动试验验证,结果表明：反射镜组件均方根加速度响应为16.0 Grms;均值应力响应为30.3 MPa。均方根加速度响应分析误差为1.8%,均值应力分析误差为13.2%,满足精度要求,验证了该方法的正确性。

空间光学的发展对光学系统的轻量化提出越来越高的要求.空间光学系统中光学元件的轻量化问题已被人们所重视.超薄反射镜具有重量轻的优点,但它极易受各种力学、热力学等环境的影响,因而其面形易发生变化.因此可利用该特点对它进行调节,使其达到面形精度要求,使缺点化为优点.合理利用该技术将使其发展为主流光学的实现策略之一.目前在开展该项工作上有一定难度,须建立在坚实、全面的工程分析基础上.采用有限元法,针对一种实验超薄反射镜支撑方案及其主动调节进行分析,旨在为支撑方案和调节方案找到一条合理的路径.通过具体的分析,找到了这种超薄反射镜的最佳支撑位置,且给调节方案的确定提供了具体的理论值.这种理论值不仅证明了超薄反射镜设计制造方案的正确性,而且也为下一步具体的实验提供了理论依据.

对反射镜组件力学模型的非线性问题进行了分析。从接触特性，螺钉预紧力、相对滑动趋势三个方面对接触非线性问题进行了论述。对反射镜组件四种工况情况（沿光轴的不同方向的重力载荷、10℃温度水平的温升与温降）进行了线性和非线性求解计算的比较。结果表明，当外界载荷方向发生变化时，接触边界的接触特性、螺钉预紧力对反射镜面形的影响都会发生变化，这些变化在线性计算结果中不能体现，而非线性计算可以真实模拟这些状态。在反射镜组件的工程分析中基于接触非线性分析比线性分析的精度更高，也更接近真实的状态。

长焦距空间遥感器次镜热控实施难度大、发射动态响应大，因此，必须具有较宽的温度适应范围和较高的动态刚度。文中阐明了次镜支撑方式的基本原则，并从材料选择、消热设计等角度出发，设计了一种柔性支撑结构；对该支撑的3个柔性环节进行了灵敏度分析，得到了各自对次镜面形精度影响的程度；通过优化设计确定了该支撑的尺寸参数，并对次镜组件进行了有限元分析；最后进行了组件的动力学试验和热试验。分析表明，15℃均匀温升工况下，次镜面形RMS为9．8nm，组件一阶固有频率为153Hz；试验表明，15℃均匀温升工况下，次镜面形精度满足成像要求，组件一阶固有频率为150Hz，各项静态指标满足设计要求。

为了使大孔径长条形空间反射镜支撑结构同时满足高刚度、高强度和良好的热尺寸稳定性要求,建立了反射镜支撑系统的模态解析数学模型,并对该模型所描述的反射镜沿各轴向的平动和转动模态特性进行了研究。根据模态解析解得出3个支撑点确保质量分布相对均匀时,系统的动-静态刚度最大的结论,并结合有限元分析技术确定了反射镜的支撑位置。此外,在支撑结构中设置了柔性环节,改善了反射镜在各工况下所受的应力环境以确保其光学性能。通过优化柔性铰链最薄处的厚度和圆弧半径两个参数来调节反射镜的面形精度,使面形精度满足设计要求。分析及试验结果表明：柔性铰链最薄处厚度为4 mm,圆弧半径为2 mm时,反射镜在重力和4℃均匀温升工况下的面形精度RMS值均优于12.3 nm;组件实际一阶固有频率为146 Hz,与有限元分析结果的误差小于5%;柔性支撑结构...

光学反射镜支撑结构良好的尺寸稳定性是保证其成像的关键因素,对小型轻质长条反射镜来说,反射镜自身的特点是长宽比较大,不利于支撑的展开,这必然会给反射镜的支撑结构设计带来困难。针对这种情况,本文对某型反射镜的支撑进行了研究,提出了单点挠性的概念,并对具体结构进行了细致的研究。工程分析表明,这种支撑可以很好地保证反射镜在静力学、热环境下镜面具有较高成像质量,而其支撑自身在一定的动态环境下不会破坏。这种支撑结构不仅具有静态、动态的尺寸稳定性,而且重量较轻,适合小型空间遥感器使用。