转镜式超高速摄影仪具有的大画幅、大画幅数、高空间分辨率、宽光谱波段,摄影频率段宽等特点。在弹导和穿甲、爆炸碎裂、激波分析、流体分析、激光研究、微观力学等方面有着广泛的应用。转镜是转镜式超高速摄影仪中的核心部件,其结构和力学性能直接决定超高速摄影仪的时间分辨率、空间分辨率、成像质量和运转可靠性。激光加工行业,振镜扫描是最常用的扫描方式,但转镜光栅式扫描,扫描角度固定,扫描速度快等特点。可实现大范围、超高速、高精度与高重复性的激光光束扫描,相对于目前广泛使用的振镜扫描,转镜扫描速度要快近100倍。转镜扫描适用于激光印刷、激光高速打孔等需要高速扫描的领域。转镜调Q没有插入损耗,结构简单,对偏振和双折射效应不灵敏,且不存在光损伤的问题,可以实现激光完全调制和高重复频率。对于2.7³.0μm波段的激光器来说,机械调Q是一种反射式调Q方式,克服了声光调Q和电光调Q晶体在3.0μm波段附近透过率不足的问题,是一种比较理想的3.0μm附近波段激光调Q方式。本文的主要是针对超高速转镜动力学结构设计方法,展开了系统的研究,论文主要工作及成果如下:（1）基于弹性力学理论,建立了转镜静力学分析模型。分析了转镜的空间力学特性,定义了镜面变形系数。研究发现转轴和镜体接触的交界处是转镜的危险截面;转镜存在负应力梯度,影响转镜强度的主要是转镜本身材料在转镜高速旋转时产生的离心力的拉伸作用;转镜的镜面变形量与转镜面数不成比例关系,在相同的约束条件下,等四棱柱转镜具有最小镜面变形系数;铍合金具有优异的横向变形特征。（2）基于动力学理论,建立转镜结构动力学分析模型。对转镜的模态特性,以及转镜在外激励下的位移响应特性进行了研究。研究发现,转镜的密度是影响转镜1阶扭转的主要因素;转镜材料的弹性模量对转镜的1阶弯曲影响程度最大;转动惯量的增加,转镜的转镜的模态值减小;转镜的1阶弯曲对转镜动力学特性影响度最大,转镜在越过弯曲模态临界点时按对轴瓦的拉压,是转镜支撑轴承出现破坏的主要原因;转镜的模态应力极值均出现在转轴上,转轴是转镜系统的危险部件;转轴的1阶弯曲振动或者是转镜快速越过1阶弯曲临界点时转轴在交变循环应力下产生的疲劳破坏是转镜出现破坏的主要原因。（3）基于动力学理论和有限元法,以转镜材料属性和外形结构尺寸参数为随机变量,建立转镜结构响应灵敏度分析模型。以等三棱柱铝转镜为算例,对转镜结构响应特性进行了分析和验证,获得了等三棱柱铝转镜结构尺寸和材料属性参数对转镜模态特性的影响程度和影响方式。通过单一变量原则验证了转镜结构响应灵敏度模型,结果对应一致。转镜结构响应灵敏度分析模型为转镜结构动力学性能修改和转镜材料选择提供理论判据。（4）基于可靠性理论和Monte Carlo方法,建立了转镜强度可靠性数学模型。基于转镜强度可靠性数学模型,对等三棱柱铝合金转镜强度可靠性进行了数值分析,并进行了实验验证。在95%的置信度水平下,转速为10×10⁴ rpm转镜强度可靠度为0.999。镜体弹性模量Y₂是影响转镜强度可靠性最大的随机变量。镜体外接圆半径R₁是影响转镜强度可靠性最大的结构尺寸参数。转镜试验中10个试验样本没有出现宏观破坏和微观裂纹。转镜试验结果和数值分析结果的一致表明,转镜可靠性数值模型是可以为转镜的强度可靠性分析提供一种经济、可行、有效的预测方法和评估手段,也为转镜的可靠性优化设计提供理论依据。（5）基于固体各向同性微结构材料惩罚模型（SIMP）和移动渐近线算法（MMA）,结合弹塑性理论,建立了转镜最大静态刚度拓扑优化和最大动态刚度拓扑优化数学模型。对等三棱柱铝合金转镜进行了拓扑优化分析和结构拓扑优化设计,并对优化后的拓扑结构转镜进行了静力学、模态和谐响应分析。最佳拓扑优化结构转镜镜面最大横向相对变形量为原转镜的6.6%,减小了1个数量级。转镜基频为原转镜的113.8%,转镜的1阶临界转速提高了13.8%。拓扑结构转镜的振型和外激励位移响应情况与原结构转镜一致,有效地提高了转镜的动力学特性。