《碳纖維增強聚合物複合材料薄鏡的非球面成形》是依託蘇州大學，由曾春梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：碳纖維增強聚合物複合材料薄鏡的非球面成形
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曾春梅
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
下一代空間望遠鏡的發展受制於主反射鏡口徑增大帶來的重量的急劇增加。目前在研的幾種輕質鏡面中，碳纖維增強聚合物複合材料薄鏡以其優異的物理和熱學性能，低於5Kg/m2的面密度，成形方法簡易，性能可設計，鏡面射祖愉無需拋光、可複製、可彎折等優點有望成為下一代大口徑空間輕質望遠鏡鏡面。目前碳纖維增強聚合物薄鏡研究的主要問題是面形精度低，製作非球面模芯的成本高、周期長。本申請採用高精度玻璃球面模芯代替一般的金屬球面模芯進行碳纖維增強聚合物薄鏡的複製成形，用主動支撐的單層的薄鏡結構代替傳統的蜂窩式結構，並藉助主動光學技術，將球面的反射鏡變形成共軸或離軸的非球面鏡。為此將著重對碳纖維增強聚合物薄鏡非球面成形的機理和方法進行理論和仿真分析，並通過實驗驗證非球面的面形精度。本研究為高精度低成本的非球面碳纖維增強聚合物薄鏡的成形提供了一種新途徑，為其在大口徑輕量化的空間望遠鏡的套用進行基礎甩姜項研究。
結題摘要
碳纖維增強聚合物（簡稱CFRP）複合材料反射鏡是下一代空間望遠鏡的候選之一。CFRP反射鏡的關鍵問題是面形精度低，製作非球面酷墊府熱模芯的成本高周期長。為此，戲熱本項目提出用高精度玻璃球面模芯進行CFRP反射鏡的複製成形，藉助主動光學技術，將單板的CFRP球面反射鏡變形成共軸或離軸的非球面鏡。項目主要完成了CFRP反射鏡的鋪層設計方法和工程分析，0.35米微晶玻璃模芯的加工和工藝仿真，0.35米CFRP反射鏡的加工、測試、贈汽轎鍍膜及工藝仿真，主動成形實驗裝置的設計與裝配，CFRP反射鏡主動成形分析，0.35米CFRP反射鏡拋巴頌章物面成形實驗。重要結果和關鍵數據：1、提出了一種鋪層設計最佳化方法，最大限度地提高了彎曲剛度的準各向同性，可使重力和熱載荷下鏡面的變形更對稱，基頻更高，主動成形後應力更小，鋪層角度誤差敏感度更小。2、微晶玻璃模芯在熱壓時產生的半徑和面形誤差可以忽略，且應力較小，不足以引起破裂。3、單板0.35米CFRP反射鏡實際面形誤差PV在毫米和亞毫米級，大大超過預期，降低了後續主動成形的精度。4、分析的CFRP反射鏡固化面形誤差遠小於實測值，表明還有其它誤差源。5、環形排布可有效減少致動器個數，當致動器面密度在413個/m2時充射籃判，使拋物面誤差從11.51μm PV和2.918μm RMS分別減小到603.9nm和80.34nm（94%口徑），RMS精度提高了35倍；三角形排布使誤差減小到448.2nm PV和72.03nm RMS，RMS精度提高了39倍（1014個/m2），可適用於中紅外以上波段的望遠鏡，要達到可見光要求可適當降低初始面形誤差。6、CFRP反射鏡主動成形實驗使拋物面誤差從381.9μm PV和78.63μm RMS分別減小到5.832μm和848nm（致動器面密度510個/m2），RMS精度提高了91倍。分析和實驗都體現了CFRP反射鏡極強的主動變形能力，證明了CFRP反射鏡的非球面成形是有效和可行的。本項目為高精度低成本的非球面CFRP反射鏡的成形提供了一種新途徑。
