随着空间遥感器的发展,低分辨率的空间相机已经不能满足人类对空间观测和利用的需求,这些需求促使其向着大口径、长焦距的方向发展,以满足空间遥感器对高分辨率的要求。随着空间相机焦距的增加、口径的增大、光学性能要求的增强,由此产生的问题是空间遥感器不仅整体质量的增加,而且也使其支撑结构的制造加工难度增大。空间相机支撑结构必须满足较高的比刚度、较好的动态稳定性及对镜面较小的影响等要求,而这些要求又不是传统的筒式、箱式等结构形式所能满足的。因此自从Michell在1904年首次提出了桁架理论以来,桁架结构以其结构简单可靠、组装灵活、比刚度高、可设计性强等优点而得到广泛的应用。本论文以5m量级的大型空间相机桁架结构为研究对象,从理论分析、结构设计、优化设计、工程分析等方面对桁架结构的稳定性进行深入的研究,其研究内容主要包括基于“类泊松效应”的消热桁架结构研究、基于Rayleigh法的高刚度桁架结构研究及空间科学仪器对桁架结构稳定性的影响研究针对大型空间相机桁架结构的消热问题,提出了一种基于“类泊松效应”的消热桁架结构。通过引入“类泊松效应”,推导出了桁架结构热变形量与支撑杆夹角之间的关系式。根据消热设计的判别式,得到高热稳定的桁架结构支撑杆的布局角度:31.4°≤β1≤65.4°、19.5°≤β2≤69.4°。从桁架结构构型设计及支撑杆尺寸优化两个方面对大型空间相机高刚度桁架结构进行研究。通过引入Rayleigh法,得到了桁架结构的特征频率与支撑杆夹角之间的关系式。在综合考虑热稳定性及高刚度特性的情况下,完成桁架结构支撑杆的初始构型设计,其支撑杆的最佳设计角度:β1=35.6°,β2=25.5°。针对大型空间相机桁架结构支撑杆数目多、优化困难等问题,提出了一种将灵敏度分析与试验设计相结合的快速优化方法。该方法效率高、结果收敛速度快,并能够快速获得最优性能的结构。针对科学仪器对桁架结构稳定性的影响问题,提出了一种基于等效柔度和Rayleigh法的切向-双脚架运动学支撑结构。根据单边直圆柔性铰链的柔度矩阵,推导出了双脚架结构在X轴、Y轴、Z轴方向的等效柔度的解析式,进而通过引用Rayleigh法得到切向-双脚架运动学支撑结构的特征频率解析式。根据设计要求,设计出了能够降低科学仪器对桁架结构稳定性影响的运动学支撑结构。通过有限元分析对桁架结构稳定性进行验证,其结果表明:桁架结构具有良好的刚度特性,能够满足相机对整机结构特征频率的要求;在重力载荷作用下桁架结构的主次镜安装面位置的相对变化满足力学稳定性指标;在温度载荷作用下,桁架结构主次镜安装面位置的相对变化较小,具有良好的热稳定性;科学仪器的温度变化对桁架结构主次镜间安装面位置的相对变化影响很小,所设计的运动学支撑结构具有降低科学仪器对桁架结构稳定性影响的作用。