根据极轴式望远镜的工作特点,以口径为700 mm的极轴式望远镜主镜室系统为例,确定了一套主镜支撑方案。借助于有限元分析软件MSC.Patran详细地建立了系统的有限元模型,选取多种工况,分析了系统在自重作用下的镜面变形情况,绘制了镜面变形误差PV值和RMS值的变化曲线。结果表明：镜面变形主要受α角的影响,随着α的增大而减小,径向支撑效果优于轴向支撑效果,镜面变形误差满足设计指标要求。在主镜室系统竖直放置时,利用Zygo干涉仪测得带支撑结构的镜面变形误差RMS值为28.48 nm,表明主镜在该支撑结构作用下的面形接近于加工检测时的状态,同时也验证了有限元模型的准确性。

为了提高大口径薄镜面望远镜主镜在不同俯仰角度的支撑面形精度,采用模态振型模式定标实时对主镜面形进行了主动校正。针对口径为620mm,厚度为18mm,底支撑采用36点主动支撑,侧支撑采用6点切向被动支撑的薄镜面主动支撑系统,分析了主镜自由振动时的模态振型;在进行主动校正前将其前10阶模态振型的RMS值归一化为1 000nm,定标出相应的校正力;分析了不同俯仰角下主镜面形的变化,并采用最小二乘法用模态振型为底基函数拟合了主镜面变形,求解出主动校正力;对比校正面形和原始面形的关系,在二次主动校正之后分析了拟合残差和校正残差的关系。最终校正结果显示,主镜竖直放置时,用最大2.23N的校正力可将其面形RMS从27.62nm校正到12.95nm;主镜水平放置时,用最大0.59N的校正力可将其面形RMS从7.68nm校正到2.84nm。得到的结果验证了采用模态振型校正主镜面形的...

为了研究和优化地基大口径望远镜系统的整体性能,对其整系统进行了有限元建模和分析。针对1.23 m口径的光电望远镜,研究了望远镜各部件的结构特点及连接关系,论述了相关部件的简化方法,建立了整系统的有限元模型。计算了当望远镜指向天顶和水平状态时系统的重力变形情况,给出主次镜的变形结果。分析了望远镜在风载和地震波载荷作用下的动态响应情况并给出了响应结果。分析表明：风载作用将引起望远镜主次镜光轴偏心,其偏心误差RMS值为0.025″,满足系统设计要求;地震波引起主次镜在3个方向上的位移较大,但最大应力为16.67 MPa,不会破坏望远镜系统的结构。

针对口径为2060mm的地基大口径望远镜主反射镜，选用SiC材料和新型拱形轻量化结构进行了详细的轻量化参数设计，并对支撑环半径进行了优化。对于Whiffie tree 18点支撑和27点支撑形式，从静力学（重力作用）和热力学两方面对比分析了两种轻量化结构的镜面变形，结合SiC反射镜的加工工艺，最终确定18点支撑的轻量化结构为首选方案。同时，就SiC反射镜对稳态温度差导致的热变形较敏感的问题，提出可通过设计与镜体热变形相匹配的支撑结构来满足镜面变形的要求。

针对主动光学系统中的φ620mm弯月薄镜设计了双向柔性侧支撑结构,从理论上分析了薄镜切向侧支撑方式的工作原理和支撑力的分布情况,并采用有限元法计算出望远镜指向水平时薄镜所受侧支撑力的大小和方向,验证了受力分析的正确性。通过有限元计算出不同俯仰角下,切向侧支撑方式和轴向主动支撑共同作用时薄镜校正前后的镜面面形的变化情况。当望远镜指向水平时,薄镜镜面变形最大,经过主动校正后的镜面面形误差RMS值为14.1nm,满足设计指标要求。

水平式望远镜经轴与纬轴的不垂直度直接影响到望远镜的指向误差，准确检测出望远镜两回转轴系的垂直度误差并加以修正是非常必要的。本文以某400mm水平式望远镜为例，针对水平式望远镜经纬两轴的特点提出了一种经纬轴垂直度误差的光学检测方法。通过检测数据计算获得该水平式望远镜的经纬两轴垂直度误差为46”，分析出检测误差为11”，借助检测数据对实际测量数据进行修正后，达到了提高望远镜指向精度的目的。

为了解40cm水平式望远镜经纬轴系的刚度，并解决轴系误差检测值与实际使用中轴系精度之间的矛盾，本文采用有限元法，对经纬轴系关键性部件进行了模态分析和重力变形分析，分析结果表明结构刚度满足设计指标要求。利用不同经度角下经轴轴系支撑结构的重力变形分析结果，计算出重力变形引起的经轴晃动误差，并与检测结果进行比较，得出两者均具有随经度角改变而正弦变化的相同规律。利用计算值对检测值进行误差补偿，使得经轴轴系晃动误差PV值从7.2″降到2．6″，RMS值从0．7″降到0.3″，补偿后的经轴晃动误差更符合实际使用状态下的轴系精度情况，可作为经轴轴系性能是否满足指标要求的准确判据。

为了解除4 m轻量化反射镜支撑系统间存在的相互耦合作用,提出了采用广义最小二乘法进行主动光学的模式定标计算。首先,介绍了4 m轻量化反射镜的支撑系统,推导出液压Whiffletree支撑系统工作下主动光学校正力组满足解耦条件的等式约束方程,将节点面积加权因子修正后的Zernike多项式面形拟合过程作为有限元分析前处理,建立主动光学的响应矩阵。其次,采用广义最小二乘法求解同时满足等式和不等式约束下的最佳校正力组。最后,将提出的方法应用于重力印透效应产生的镜面变形主动力解算,分析不同阻尼因子对解算结果的影响。结果表明：阻尼因子取7.4e-9时,达到了满足约束条件的最佳校正效果,镜面面形均方根由最初的271.5 nm通过校正后变为8.3 nm。验证了广义最小二乘法应用于4 m轻量化反射镜主动光学校正力组解算的可行性。

针对4 m光电望远镜中SiC轻量化主镜比刚度大,面形精度要求高的特点,提出采用液压whiffletree被动支撑并联力促动器主动支撑的轴向液压主动支撑方案.液压被动支撑承担镜重,主动支撑仅输出校正主镜面形误差所需的主动校正力,从而减小主动支撑元件力促动器的作用力范围,提高主动校正力精度.借助于有限元法完成了轴向和侧向支撑系统的优化,确定了轴向54点和侧向24点等间距等力（β=0.5）支撑系统设计.当仅有被动支撑作用时,主镜水平和竖直状态下重力引起的镜面变形误差RMS值分别为37.8 nm和82.9 nm.采用主动校正后,主镜水平和竖直状态下的镜面变形误差RMS分别减小到12.0 nm和9.8 nm.不同俯仰角下主镜的镜面变形均能满足面形误差RMS不大于λ/30（λ=632.8 nm）的指标要求.

针对2 m SiC轻量化主镜设计了液压whiffletree被动支撑系统，通过在轴向液压支撑点处并联杠杆配重机构的方式，实现了不同支撑圈上轴向支撑力的优化分配，将轴向支撑下主镜的镜面变形RMS值从7.1 nm优化到4.8 nm。针对SiC主镜热膨胀率大的特性，提出了采用具有热解耦能力的切向连杆结合液压whiffletree的侧向支撑系统，并借助于有限元法预算出主镜光轴水平状态下侧向支撑引起的镜面变形误差RMS值为39.7 nm。当温差为20℃时，轴向和侧向支撑结构作用下的主镜镜面变形误差RMS值仍保持在4.8 nm，验证了侧向支撑良好的热解耦能力。