[发明专利]望远镜主镜子镜模型的Whiffletree支撑点位置的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种望远镜主镜子镜模型的Whiffletree支撑点位置的优化设计方法，包括以下步骤：(1)简化子镜模型；(2)确定Whiffletree支撑点数量并对各支撑点的位置进行参数化表示；(3)建立子镜及支撑点的参数化模型，并赋初值，施加约束和载荷进行首次静力学分析，得出该子镜上表面所有节点位移；(4)计算节点位移的均方根值RMS；(5)以支撑点的位置参数作为优化变量、以最小的RMS作为优化目标进行优化，得到优化后的Whiffletree支撑点位置。本发明通过对优化方法整体流程步骤、各个关键步骤所使用的参量等进行改进，能够获得合理的支撑点的位置参数，得到满足设计要求的子镜上表面面型精度。

技术领域

本发明属于天文、机械自动化领域，更具体地，涉及一种望远镜主镜子镜模型的Whiffletree支撑点位置的优化设计方法。

背景技术

随着现代天文技术的发展，对望远镜的成像的能力要求越来越高，其口径也越来越大。从望远镜主镜的建造、磨制、运输和成本来看，当望远镜的直径超过8m时，无论从上述哪个方面来说都是非常困难。而当采用拼接镜技术，主镜是由众多子镜组成，只要子镜的刚度足够，主镜的重量及厚度会大幅度减小，大尺寸的磨镜机、镀膜机也不需要，并且为应用高反射膜和复制技术创造了条件。这使得特大口径的望远镜建造变为可能，使其成为现代大型望远镜普遍采用的一个方式。

在大口径望远镜技术中，主镜支撑技术是关键技术之一。由于采用了拼接镜技术，对于之前的对于单个主镜的支撑就转化为了现在的对于多个子镜的支撑。子镜支撑分为轴向支撑和侧向支撑。子镜轴向支撑大都采用Whiffletree的支撑方式。由于镜子自身的重力，对于轴向支撑点位置的设计会直接影响子镜的上表面的面形精度，因此对于轴向支撑点的布置会很大影响最终的成像质量。传统的设计方法是根据质心的位置大致确实支撑点的位置，然后采用插值的方法逐一验证，直到达到理想的面形精度要求，但这种方法费时费力，而且很可能所得到的是局部最小值而不是最优值。而采用基于ISIGHT软件的多学科优化设计的子镜Whiffletree支撑点的优化分析方法可以在整个设计空间上搜索最优值，从而得到大口径望远镜主镜的理想面形精度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种望远镜主镜子镜模型的Whiffletree支撑点位置的优化设计方法，其中通过对优化方法整体流程步骤、各个关键步骤(如模型简化步骤、静力学分析步骤及优化步骤等)所使用的参量等进行改进，能够获得合理的支撑点的位置参数，得到满足设计要求的子镜上表面面型精度；并且，本发明优选基于ISIGHT软件进行优化，可以在整个设计空间上搜索最优值，从而获得优良的大口径望远镜主镜理想面形精度。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种望远镜主镜子镜模型的Whiffletree支撑点位置的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对子镜其上下表面进行简化，得到能够与该子镜的上表面和下表面相对应的平面简化模型；

(2)根据子镜形状及所使用材料的特性，得出该子镜允许的最少支撑点数量；接着，结合Whiffletree结构确定轴向支撑Whiffletree支撑点数量，并得出与该Whiffletree支撑点数量相对应的Whiffletree支撑点位置的参数化表示；所述Whiffletree支撑点数量大于等于所述最少支撑点数量；

(3)根据所述步骤(1)得到的所述简化模型，以及所述步骤(2)得到的所述Whiffletree支撑点位置的参数化表示，建立子镜及支撑点的参数化模型，然后对该参数化模型中各个所述Whiffletree支撑点的位置参数赋予满足Whiffletree支撑点分布要求对应的参数范围内的随机初值，接着对该参数化模型进行网格的划分和细化，并施加约束和子镜的载荷，进行首次静力学分析，得出该子镜上表面所有节点位移、以及节点位移最大值；

(4)根据所述步骤(3)得到的所述子镜上表面所有节点位移，计算得出节点位移的均方根值RMS；