光纤阵列太阳光学望远镜（FASOT）机械系统研究和设计
文献类型：学位论文
| 作者 | 李少英
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| 答辩日期 | 2022 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 屈中权 |
| 关键词 | 望远镜机械结构 结构优化设计 偏振分析器 恒温结构优化 恒温精度 |
| 学位专业 | 天文技术与方法 |
| 其他题名 | Research and design of mechanical system for fiber arrayed solar optical telescope (FASOT) |
| 英文摘要 | 通过光纤阵列太阳光学望远镜（FASOT）获得的高精度偏振成谱成像的资料分析，来揭示光球和色球中几个层次的物理参量结构，了解磁场和物质能量从光球底层经过色球底层、中高层和温度极小区传输至日冕的原理，以服务于太阳的活动和空间灾害天气的预报。本文根据科学需要着重深入研究了FASOT望远镜机械系统结构需要解决的关键问题并给出分析设计。望远镜机械结构轻量化优化设计和刚性的提高，直接影响了机械结构的弯曲变形、结构材料和重量的合理布局及使用，望远镜关键结构的热量分布直接会影响结构的热变形和工作性能，从而直接影响观测质量。本文基于望远镜结构轻量化要求和关键部分恒温工作要求，对望远镜筒状结构和非筒状结构轻量化优化设计、望远镜的热分布和关键部分优化设计的关键技术进行了如下研究，以利于减少望远镜的弯曲变形和热影响，保证望远镜的正常精度和工作性能：采用三维建模软件SOLIDWORKS和有限元软件进行遗传算法优化，尤其是对不同筋数和不同内径的筒状结构进行优化。在筒状结构受自身重力和末端受到方向不定弯曲力情况下，通过对结构优化结果的分析，得到在保持相同的变形下，优化加强筋的轴向长度是筒状结构长的50% 以上，同时优化的加强筋外形结构为梯形；带有两个加强筋的筒状结构最重；加强筋的数量大于等于4个以后，优化筒状结构的重量趋于稳定值；带有4个梯形加强筋和一个法兰的优化筒状结构的重量比已有研究了的优化筒状结构轻 15.8-73.2%。用实验验证了筒状结构仿真模型的有效性。根据对带有1个加强筋和没带加强筋的圆筒状结构的理论分析提出了一种新的提高筒状结构抗弯刚度合适宽厚的加强筋公式，来预测有加强筋与没加强筋筒状结构中哪种筒状结构刚度高。此公式经对筒状结构模型的仿真得到的结果与公式分析结果一致。经过对不同形状的筒状结构进行优化和比较，发现带有四个梯形筋和一个法兰的优化筒状结构最轻。以上所得到提高筒状结构抗弯刚度合适宽厚的加强筋公式和优化的筒状结构布局可用于望远镜涉及到筒状结构和其它设备上筒状结构的优化设计。根据拓扑优化和遗传算法的特点和适用条件提出了拓扑优化和遗传算法联合优化的设计路线和方法。对望远镜中一个具体的轮状结构进行了拓扑优化和遗传算法联合优化，使轮状结构的重量减轻了53.6%。拓扑优化和遗传算法联合优化的技术方法路线可以用于望远镜结构或其它实体结构的优化设计，以减少资源的浪费和为可持续发展技术提供参考。偏振测量是获取太阳大气磁场信息的关键，其测量精度依赖于偏振测量元件延迟量测量精度，而延迟量的测量精度依赖于偏振测量元件的温度控制。本文根据望远镜中的关键部分一偏振分析器中的铁电液晶 （FLC） 和液晶相位延迟器 （LCVR）的工作环境要求，设计了一种多功能恒温箱。对恒温箱的结构采用有限元进行优化，并分析环境温度与目标温度对恒温箱恒温精度的影响，给出了它们之间的关系式，并用实验验证了它们之间的关系可靠性。并根据此关系式提出了提高恒温箱温控精度的新方法，采用此新方法优化设计了恒温箱结构。在−10°C环境温度下，小恒温箱盒子的温度波动为0.000014°C，与超精密三坐标测量机相比，该恒温箱的目标温度波动值降低了98.6%以上，与分子测量机相比降低了99.72%以上。此方法可以大大提高恒温箱的恒温控制精度。对FLC和LCVR在FASOT望远镜中的恒温结构进行优化，发现当保温层加长结构末端全封闭时，被保温光学元件的温度分布才能满足恒温精度要求。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25792]  |
| 专题 | 云南天文台_光纤阵列太阳光学望远镜研究组 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李少英. 光纤阵列太阳光学望远镜（FASOT）机械系统研究和设计[D]. 北京. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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