空間微型光學載荷主結構優化設計

邢艷秋

(吉林工業職業技術學院機電與智能技術學院，吉林 吉林 132013)

0 引言

隨著航天器遙感技術的快速發展，微型化航天器已成為世界各國的研究熱點。對光學航天器而言，要求其所安裝的光學設備盡可能小，從而可有效減輕航天器質量。航天器在火箭發射升空過程中需要承受火箭產生的苛刻環境條件，環境激勵通過航天器傳遞到光學載荷結構上，將影響光學載荷設備的性能和可靠性[1-3]。通常要求航天器結構具有一定的剛度，不至于在升空過程中結構被破壞，而且光學載荷結構還要求質量輕，這就需要對其結構進行優化設計。自1988年BENDS?E等[4]開展連續體拓撲優化研究以來，拓撲優化理論得到長足發展；文獻[5]研究了靜力變形與頻率約束下的拓撲優化問題；文獻[6]為降低航天器結構中的隨機響應，提出了以隨機RMS值最小為目標的優化設計方法，并很好地應用于工程實際。本文根據某空間微型光學載荷[7]總體設計指標，提出對其主結構進行多目標優化設計。根據優化結果建立主結構模型，并對其進行工程分析，結果表明，優化后的結構滿足總體設計指標。

1 微型光學載荷主結構設計

1.1 方案設計

根據總體指標，初步設計的微型光學載荷主支撐結構如圖1所示，其上端光學載荷質量為20 kg。主結構采用型號為TC4的鈦合金材料，其外形尺寸為400 mm×280 mm×85 mm，主結構設計指標為基頻不小于200 Hz，重量不大于15 kg，地面重力條件下光學載荷安裝位置重力變形不大于2 μm，光學敏感設備安裝位置隨機加速度響應RMS值放大倍率不大于1.5。……