大孔径反射镜组件随机振动响应分析与试验

　　为了满足空间光学感遥器高分辨、宽覆盖、大视场[1，2]的要求，反射镜孔径越做越大，质量越做越重，这给反射镜支撑结构的设计带来的极大的困难。当前，各国空间光学遥感器的研制过程中，大孔径反射镜的支撑技术都是空间光学遥感器的关键技术之一[3，4]。

　　由于光学遥感器在运载、发射以及在轨运行过程中，需要承受各种动力学环境以及热环境的交互作用[5]，这些环境约束的存在使得光学遥感器反射镜 支撑结构的设计处于一个矛盾的境地: 一方面，为了避免在运载、发射过程中反射镜组件出现结构变形、微屈服、疲劳破坏等现象，需要反射镜的支撑结构具有足够的刚度、强度特性; 而另一方面，由于反射镜组件中各种材料的线胀系数的不匹配[6]，为了避免热变形导致镜面面形产生相对位置以及光学元件的波前畸变，影响光学系统的成像质 量，又需要反射镜的支撑结构具有一定的柔性，通过支撑结构在热载荷中产生较大的变形达到卸载和吸收由热变形引起的应变能，从而达到保护镜面不会产生较大的 畸变的目的。由此可见，如何保证反射镜组件具有足够的动态特性、较高的热尺寸稳定性，反射镜支撑结构的设计成为解决问题的关键[7]。

　　如何保证大孔径反射镜的支撑结构在具有一定柔性的基础上，顺利通过鉴定级的随机振动试验成为了结构设计人员亟需解决的题。据国外统计，卫星发射 上天后，第一天所出现的故障，有 30% ～60% 是由动力学环境所引起的[8]，动力学环境对星上载荷结构造成的损坏已经成为星上载荷结构失效的主要因素之一，因此对星上载荷的支撑结构进行动力学响应分 析，根据分析结果对结构进行优化设计已经成为提高产品可靠性的关键技术手段[9]。

　　本文对某光学遥感器的大孔径反射镜组件进行了随机振动响应分析，预示了反射镜柔性支撑结构上的应力响应，并在反射镜组件的随机振动试验中对反射镜柔性支撑结构上的应力响应进行了测量，通过分析结果与试验结果的对比，验证了分析方法的有效性。

　　1 随机振动响应分析的基本原理

　　在随机振动试验中，任一瞬时各种频率成分的激励同时作用在反射镜组件上，因此无法预测其瞬时的振动变化规律，一般用整个加载周期内的均值、均方根、累计均方根和功率谱密度等统计量研究反射镜在随机振动试验中的响应[10]。

　　本文采用 MSC. NASTRAN 进行反射镜组件的随机振动响应分析，在 MSC. NASTRAN 中把随机响应分析当作频率响应的后处理来进行[11]。其输入文件不但包括频率响应分析的输出结果，而且包括用户以功率和相关谱密度形式提供的载荷情况。 输出结果为响应的功率谱密度、自相关函数、每单位时间的正斜率方向的零交点个数、以及响应的均方根值( RMS值) 等等。