精密光电测试转台热特性仿真分析
                                          杜宁1，2，胡明勇3，毕  勇1
                                 (1.中科院南京天文仪器研制中心,江苏 南京 210042)
                                    (2.中国科学院大学天体物理系,北京 100039)
                             (3.合肥工业大学智能交通和信息安全研究院，安徽 合肥 230009)
    本精密光电测试转台用于高精度星敏感器的地面标定检测系统，其置于地面模拟空间环境中，要求其在恶劣的模拟空间环境中具有极高的精度。为了研究精密转台在模拟的空间高、低温真空环境中的变形特点及工作精度，首先分析了转台所处的高、低温真空环境的特点，给出了转台在高、低温真空环境中的主要传热途径，然后合理地选择了转台材料并设计了转台的机械结构，最后应用ANSYS有限元分析软件对转台做了热-结构耦合仿真分析。通过仿真分析，得到了转台在两个极限温度(-60℃和90℃)环境中达到热平衡时的温度变化特性和整体变形量，进而得出了变形对转台在高、低温真空环境中精度的影响。结合对转台的使用精度要求，对转台进行了结构优化设计，最终使转台达到了所需要的工作精度要求。

    空间探测技术及航天测绘的飞速发展，对星敏感器提出了越来越高的精度要求。星敏感器的地面标定与检测对其精度确定起着至关重要的作用。转台作为星敏感器地面标定检测系统的核心部件，其精度误差决定着整个标定系统的检测精度，进而影响着星敏感器的探测性能。精密转台放置于模拟空间环境的真空罐内，既承载着光电探测元件，又联接着控制系统，模拟星敏感器在空间轨道的运动情况，实现对星敏感器空间飞行姿态的精确标定［1］。
  
    精密转台处于模拟空间变温真空环境中，恶劣的空间热环境引起的热变形将严重影响转台的精度, 热变形引起的误差一般可占到总误差的1/3［2］。对转台进行空间环境热适应性的研究，合理地控制热变形引起的误差，使转台达到需要的精度要求是十分必要的。目前，国内外对于常温转台各方面技术的研究已比较成熟，而对处于冷舱模拟的变温环境下的转台热分析较少［1］。本文针对转台所处的特殊的工作环境，合理地设计了适应环境特点的机械结构。在分析了转台热环境特点的基础上对转台做了热特性仿真分析，并根据仿真结果对转台结构进行了优化设计，解决了计算高温或低温环境下转台变形大小和精度误差的问题，提出了在极限环境下对转台进行优化设计的方法和依据，保证了转台整体精度要求，为星敏感器的高精度标定提供了基础。

1精密转台热环境分析
    精密转台热环境由模拟真空环境的温控消光真空罐提供，转台在温控消光真空罐中的空间位置、转台与温控消光真空罐的相对尺寸及转台在温控消光真空罐中的支撑方式等都会对传热过程产生影响。如图1所示为转台与温控消光真空罐安装位置关系图。
温控消光真空罐的内表面上均匀涂布可见光和近红外段的消光涂层，以消除罐内的镜面反射光。真空罐内置热沉筒1，在热沉筒内壁上紧贴有导热油用肋管，通过导热油与热沉进行热量交换，能有效地保证热沉温度的均匀性。热沉通过角形导板放于容器内壁的热沉导轨上，导板与导轨间垫，，，

基金项目：中科院战略性先导科技专项（XDA04077402）;江苏省重大科技成果转化项目（BA2014050）
作者简介：杜宁（1986—），女，河北石家庄人，中国科学院大学硕士研究生，主要从事精密光学仪器结构设计研究。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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