纹影技术是流场显示和测量的经典光学方法,广泛应用于观测气流的边界层、燃烧、激波、气体内的冷热对流等,是一种在风洞流场中常用的光学测试技术。随着风洞技术的发展,大型的流场装置需要有大口径的纹影测试系统,这对其中主反射镜的支撑结构和系统光路调节能力提出了更高的要求,主镜的面形质量和光路的调节精度直接影响着整套纹影系统的像质情况。本论文首先概述了大口径反射镜支撑技术的发展,列举了常用的支撑结构方式。总结了计算机辅助设计和有限元方法在光机系统设计中的应用,并分析了评价镜面变形常用的数据处理方法。主反射镜是纹影系统的关键部件,论文从系统总体设计方案出发,根据常用的主镜设计思路,从镜体尺寸、材料、轻量化处理和支撑方式四个方面进行分析,最终选定K9光学玻璃作为主镜材料,其尺寸为Φ840 mm×110 mm,我们将不对镜体做轻量化处理,并采用钢带式结构作为主镜支撑方式。之后,通过有限元方法分析主镜在该支撑结构下的应力和变形情况,首先根据力学分析结果,得到主镜的最大集中应力小于1 MPa,此值远低于在考虑该主镜的实际受载荷环境下,由断裂几率预测法计算得到的K9材料的抗拉极限强度(σs,load=38.4 MPa);通过球面方程拟合算法分析了镜面变形结果,得出其面形变化的均方根值(Root Mean Square)为1.4 nm,此理论结果低于允许值(λ/40,λ=633 nm)的1/10,满足光学设计要求。最后,论文逐一分析了系统中主反射镜、反光镜、光源和成像系统、光窗玻璃、整机外形和移动平台的具体实现方案,给出了相关的结构设计结果和外购件的产品型号,并借助计算机辅助设计技术完成了整套系统的工程图和三维结构图,系统美观大方,装调方便,满足光机设计指标要求。