为了实现高精度的运动学支撑结构的设计, 研究了切向双脚架-运动学支撑结构的柔度。介绍了切向双脚架-运动学支撑结构的设计原理。根据单边直圆柔性铰链的柔度公式, 推导了双脚架在X、Y和Z轴方向的等效柔度Cx、Cy和Cz的解析式。采用有限元分析和试验验证的方法, 对双脚架的柔度解析式进行了分析验证。结果表明: 解析式结果与有限元结果、试验结果基本一致, 且误差均小于9.8%。研究了单边直圆柔性铰链的柔槽深度R和最小厚度t对双脚架柔度Cx、Cy和Cz的影响, 得到了双脚架的等效柔度均与柔槽深度R成正比, 与最小厚度t成反比的结论。为空间相机上的科学仪器的切向双脚架-运动学支撑结构的设计提供理论参考。

提出了一种新型双曲线直圆混合柔性铰链。利用卡氏第二定理推导出双曲线直圆混合柔性铰链的柔度计算公式, 并根据所推导的公式, 分析了直圆半径、最小厚度和切割深度对其柔度的影响。同时采用实体单元建立双曲线直圆混合柔性铰链的有限元模型, 对不同几何参数的铰链进行仿真分析, 并对仿真解与解析解进行对比。结果表明: 仿真解与解析解的最大误差在8%以内, 证明了所推导公式的正确性; 与不同形状的柔性铰链对比得出, 双曲线直圆混合柔性铰链具有更好的转动能力和对载荷较高的敏感性。所设计的新型双曲线直圆混合柔性铰链更适用于快速反射镜支撑结构中, 同时也为混合型柔性铰链的设计和优化提供了理论依据。

基于线弹性和小变形假设理论, 通过引入比例系数(直圆柔性球铰槽口间距与切割半径倍数之比)并利用其结构对称的特点, 推导得到了形式较为简洁的直圆柔性球铰柔度矩阵各子元素的解析柔度计算公式。利用有限元仿真软件验证了所推公式的正确性, 并绘制了相应的误差曲线。结果表明: 当比例系数小于0.2时, 直圆柔性球铰各柔度计算公式的相对误差限均在11%以内; 随着比例系数的增加, 除沿x向的拉压柔度C11误差较小外, 其他柔度计算公式的误差均呈增加的趋势, 最大误差为30%。实验结果显示理论分析与仿真结果基本趋于一致, 验证了直圆柔性球铰各柔度解析式的正确性。本文的研究内容为直圆柔性球铰在实际应用中的结构设计和参数优化奠定了理论基础。

研究了组合型TM₀₁-TE₁₁弯形圆波导模式转换器(两弯曲段中间加一段直圆波导),在保持其输出与输入端口轴线平行的前提下,分别从理论推导、数值计算、软件模拟三个方面对此结构进行了分析,模拟结果与数值计算结果吻合得很好.结果表明:计及功率损耗,频率为3.75 GHz,铜波导内径为9.0 cm,轴向间距为10.57 m时,模式转换器总的功率转换效率为93.8%.