针对采用Whiffletree式底支撑和推拉平衡重式侧支撑的大口径主镜在主镜室中的准确定位, 基于运动学约束原理提出了一种大口径主镜侧向定位方法。介绍了运动学约束的基本原理, 提出了一套主镜侧向定位系统实现方案, 包括定位点位置的选取、柔性铰链和定位基座的设计, 并设计了一种侧向定位系统。利用有限元方法, 分析了设计的侧向定位系统对大口径主镜系统的位置、谐振频率和镜面面形精度等方面的影响。结果表明, 使用该侧向定位系统的整个主镜系统谐振频率达到13.6 Hz, 光轴水平时主镜沿Y轴方向的平均位移为-355.863 nm, 镜面面形未受影响, 所有指标均满足设计要求。实验结果验证了提出的主镜侧向定位系统设计方案对大口径望远镜主镜的支撑和定位系统设计具有工程指导意义。

对大口径主镜的侧向支撑结构进行了优化, 以便最大限度地降低重力作用下的镜面变形。首先, 从理论上给出了一种优化主镜边缘侧支撑结构的判据和思路, 然后, 引入边缘切向剪切侧支撑原理, 阐述了这种支撑形式的优化思想和优势。以口径为2060 mm的扇形轻量化主镜作为分析实例, 采用16个边缘离散支撑点, 优化设计等角间距侧向支撑, 并针对轻量化主镜的结构特点和等角间距支撑下支撑力值相差较大的缺点, 将等角间距改为不等角间距侧向支撑, 分析推导了相应的支撑力公式。结果显示, 改进后的支撑形式提高了系统的支撑刚度, 镜面变形由原来的1.723 nm降为1.633 nm。所研究的边缘切向剪切支撑方式很大程度上保证了主镜镜面面形, 对不同口径的扇形孔轻量化主镜的设计有普适性。