针对2m地平式望远镜像方视场旋转问题设计了消旋K镜装置。根据K镜系统的几何光学传递特性, 推导K镜消旋数学矩阵模型; 利用光线追迹方法, 拟合了望远镜入瞳坐标与Coude焦点坐标的转换关系, 分析入射光经过Coude光路后的视场旋转与望远镜方位轴、俯仰轴旋转的换算规律, 从而计算得出望远镜消旋K镜的初始零位及旋转规则; 针对K镜的准直性问题, 通过对其旋转过程K轴与主光路偏离误差周期性变化特性的分析, 设计了基于帕斯卡窝线理论的K镜准直装调策略, 将复杂的准直装调问题转化为数学方程参数修正问题, 并建立K镜准直精度与帕斯卡窝线方程中关键参数的计算模型; 开展了K镜准直装调实验, 在准直装调过程中反复修正模型中关键参数, 使误差曲线不断趋近最优值。实验结果验证了本文所做研究的有效性及正确性。

针对地平式望远镜消旋K 镜系统中子反射镜支撑问题，设计了一种三点底支撑及芯轴侧支撑的联合支撑方法，并对该支撑结构展开了深入的仿真分析与实验研究。根据圆形反射镜径厚比与反射镜自重变形的关系，确定了反射镜的厚度。根据反射镜运动学安装原理，设计了柔性底支撑加芯轴侧支撑的结构，芯轴侧支撑环具有柔性切槽，柔性环节确保底支撑与侧支撑应力互不干涉。通过有限元软件Ansys 建立反射镜参数化模型，优化了三点底支撑及侧支撑粘结位置，并且分析了反射镜支撑面形精度。进行了反射镜粘接实验，搭建了反射镜面形检测实验平台，进行了反射镜支撑面形精度检测实验。实验结果表明：反射镜面形精度均方根(RMS)值为12 nm、峰谷值(PV)为76 nm，接近仿真分析结果。实验结果验证了消旋K 镜子反射镜的支撑结构具有正确性与可行性，并满足系统设计要求。

地平式望远镜在进行天体目标跟踪观测时会产生像旋, 即视场中的星体会围绕视轴中心旋转, 给实时目标识别和基于多帧积累的图像处理算法带来了诸多不便.本文针对地平式望远镜的Coude光路, 设计了一种通光口径较大, 由三面平面反射镜组成的K镜消旋机构来消除像旋.消旋K镜由三面反射镜组成, 通光口径为42 mm, 第一面反射镜与第三面反射镜的夹角选择为120°, 使K镜通光口径较大, 能在全光谱波段范围内使用.入射光线绕光轴转动一定的角度, K镜相应的转动入射光线转角的一半, 则出射光线不产生旋转.第一面反射镜和第三面反射镜由两面平面镜固定在金属三角架上组成, 替代由三棱体磨制的反射镜面, 利用自准直平行光管和高准确度转台装配各反射镜, 使K镜光轴和回转轴同轴, 并采用直流力矩电机直接驱动, 使系统具有较快的响应速度.测角元件采用Renishaw圆光栅, 细分后的角分辨率为0.072″.

设计了用于2 m口径望远镜的方位轴系支撑结构。通过对比大型地平式望远镜方位轴系的典型支撑结构, 拟定了由向心球轴承和大接触角推力球轴承集成的一体化轴系支撑方案以及相应的轴承结构参数。依据Hertz接触理论并采用AYSYS有限元软件对60~85°不同原始接触角下的静载荷特性参数进行了理论计算和非线性仿真分析验证, 结合加工工艺设计了85°接触角的推力球轴承结构。研制成功了直径为1 500 mm轴承样机, 其轴向跳动为0.009 mm, 径向跳动为0.006 mm, 最大空载启动摩擦力矩为30 N·m, 承载能力优于30 t。该项设计为大型望远镜高精度方位轴系的研制提供了可靠的设计依据和技术途径。