基于某2 m轻量化SiC主镜, 设计了一种新型主动调节侧支撑机构。先分析常用的侧向支撑机构的结构形式和特点; 再设计由位移促动器、柔性铰链结构和嵌入杠杆系统等部件组成的主动调节支撑机构; 最后, 对机构的支撑力和移动量进行有限元分析, 并且搭建实验平台, 对其进行刚度和调节能力测试。试验结果表明: 当支撑力为562.55 N时, 杠杆结构中位移促动器承受的力为97.57 N, 大大降低了位移促动器的刚度、强度要求; 位移促动器行程为0.065 mm, 是支撑杆中的22倍, 大大降低了位移促动器分辨率要求; 试验测得刚度为1 225 N/mm, 达到了设计要求, 表明这种柔性杠杆支撑系统具有很好的工程应用能力。

弯月薄镜在侧向均匀承重和弯月薄镜在采用侧向均匀承重和等间距竖直推拉侧向支撑方式时, 等间距竖直推拉侧向支撑方式时, 会产生明显的弯曲变形问题。为消除附加弯矩带来的镜面变形, 本文分析了弯月薄镜的结构特点, 提出了适用于弯月薄镜的等角间距推—拉—剪切和不等角间距推—拉—剪切两种侧向支撑方式。通过在侧向支撑上增加轴向剪切平衡作用力分量, 推导了在上述两种侧向支撑方式下各向作用力分量的表达式。针对1.23 m弯月薄镜, 优化出切向分量最佳比率β为0.75。对16点等间距侧向支撑增加轴向剪切分量后, 镜面变形RMS值由1259.1 nm减小到3.4 nm, 无需轴向主动校正即可获得较好的支撑面形。不等角间距侧向支撑方式则解决了等间距侧向支撑方式中各个侧向支撑点的作用力大小差异较大的问题, 结合弯月薄镜轴向支撑的主动校正能力, 在最大校正力仅为–1.01 N的主动校正后, 16点不等间距侧向支撑实现了镜面变形RMS为4.6 nm的支撑效果。

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。