激光通信地面终端系统及关键部件静动态力学性能分析

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计算物理学是以计算机技术和计算机为手段和工具,解决复杂的物理现象问题的一门应用型学科,紧密联系着理论物理和实验物理。物理学研究中大量的计算和仿真需求使计算物理有了飞速发展,在物理学的各个相关学科与技术领域都有广泛应用。本课题运用有限元分析方法对激光通信地面终端系统的力学性能进行计算和模拟仿真,对实际应用具有重要的指导意义。  激光通信地面光终端作为激光通信的地面发射端和接收端,承担着接收下行链路光信号和发射上行链路光信号的任务。为保证星地激光通信的稳定可靠,要求地面光终端必须具备优异的光机性能。因此在前期设计阶段,针对光轴稳定性、镜面成像质量、终端系统静动态特性等技术指标,对地面光终端系统及关键部件进行静动态力学性能进行分析。  主镜作为光终端系统的关键部件,其面型精度对整个光终端系统的成像质量有重要影响。因此为了提高主镜面型精度,分别对18点底支撑和6点侧支撑的位置分布进行了优化设计。二者都以镜面面形RMS、PV值最小为优化目标,优化参数分别为底支撑对应的内外圈支撑半径和侧支撑对应的支撑点角度。结果表明,支撑位置取最优值时,主镜面型精度有很大提高。  为了保证光终端的光轴指向精度,研究了系统在光轴天顶和水平指向两种工况下的重力作用变形,计算了两种工况下主次镜变形导致的二者相对位移和相对转角,得到了系统主光学元件的光轴倾斜和离焦量,最后通过公式计算得出光轴指向角度,所得结果满足技术指标要求。  为了提高次镜结构系统的抗扭转刚度,分析了在施加不同偏置和预紧力情况下次镜结构系统的动态稳定性,得到了翼片偏置大小、预紧力大小与系统固有频率的曲线关系,所得结论对次镜系统一阶固有频率的提高以及结构优化设计具有重要的指导意义。  对光终端系统进行了动力学分析,得到了系统前五阶固有频率及振型,可为光终端系统进一步优化设计提供指导。
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