1 m分解能、200 km幅の大規模宇宙オフアキシス三反射カメラフレーム支持構造の軽量・高剛性設計要求に対応し、軽量分割支持構造を設計した。大型宇宙オフアキシス三反射カメラの開発要求から出発し、比剛性、熱安定性、加工工法などを総合的に考慮して性能良好な高体積分率SiCp/Al複合材料を選定した。次に、構造質量分率を制約条件とし、基準周波数を目的関数としたトポロジー最適化数学モデルを構築し、分割構造各部の最適な荷重伝達経路を得た。さらに、主支持構造部の各部寸法を二次最適化し、各分割構造の最適構成および最適設計寸法を得た。設計された分割支持構造の総重量は227.8 kgであり、軽量化率は93.9％に達し、高い軽量化および高剛性要求を満足した。有限要素解析結果および力学試験結果は、分割支持構造がリモートセンシングカメラ全体の基準周波数50 Hz以上の剛性要求を満たし、5 ℃昇温条件下での反射鏡変形が公差範囲内であり、衛星プラットフォームの光学荷重要求にも完全に適合していることを示した。振動試験の前後における反射鏡アセンブリの相対偏移角度は22″を超えず、良好な安定性を示しており、トポロジー最適化および寸法最適化手法の合理性および妥当性が証明された。本論文で提案した分割支持構造設計は、大型宇宙オフアキシスカメラ支持設計において高い工学的実用価値を持つ。

大型宇宙カメラ;トポロジー最適化;分割支持;軽量化;寸法最適化