CN102262281B - 一种空间遥感器反射镜的柔性支撑机构 - Google Patents
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Abstract
一种空间遥感器反射镜的柔性支撑机构，属于空间遥感技术领域中涉及的一种反射镜的柔性支撑机构。要解决的技术问题是：提供一种空间遥感器反射镜的柔性支撑机构。技术方案包括：内环、外环、柔性环节、内外环隔缝、外环凸缘、外环隔缝、内环凸垫、柔性镜框、柔性压片、紧固螺钉，反射镜等；柔性镜框上带有内环、外环和柔性环节；内环和外环之间有三条成120°均布的同心内外环隔缝；两两同心的内外环隔缝之间的柔性部位是柔性环节；内环上带有三处均布的内环凸垫；外环上带有三处均布的外环凸缘；反射镜侧面粘接在三处内环凸垫上；在反射镜凸面一侧的柔性镜框上固定有柔性压片，柔性压片压向反射镜的凸面边缘以提供轴向预紧。
Description
技术领域：
本发明属于空间遥感技术领域中涉及的一种用于空间遥感器反射镜的柔性支撑机构。
背景技术：
空间遥感器中的反射镜，其安装精度与面形精度的好坏直接影响光学系统成像质量的高低。因此对反射镜的支撑结构提出了很高的要求。当反射镜的口径相对较小时，一般采用周边支撑或轴向机械压紧的方式安装固定。虽然上述支撑方式结构简单可靠，但是当口径较大时，在复杂的空间热环境下其热稳定性却并不理想。环境的温度变化将导致反射镜反射面的面形精度超差，影响光学系统的成像质量。通过光学分析得知：要求反射镜在±10℃的环境温度变化下，其反射面的面形精度RMS（均方根）值优于λ/50。因此设计比刚度高、热适应性强的反射镜支撑机构是高分辨率空间遥感器的关键技术之一。
与本发明最为接近的已有技术是John H.Bruning等人在5428482号美国专利中所公开的一种用于光学元件的解耦安装技术。该安装机构如图1所示，包括内环1、外环2、隔缝3、柔性环节4、安装孔5。在一个圆环形的镜座上，加工出三条细长的隔缝3，这三处隔缝3成120°均布在一个圆上，从而形成三处柔性环节4。柔性环节4将内环1与外环2连接成一个整体件。利用穿过外环2的五个安装孔5的螺钉，采用机械方法将外环2固定到外部结构上，此时外环2上产生的微小变形就不会传递到内环1上。通过粘接剂将外径与内环1的内径完全一样的反射镜固定安装在内环1上。当外界环境温度变化时，柔性环节4的变形对反射镜与安装机构的不同膨胀或收缩将不会引起过大的应力或面形误差。这种安装技术的缺点是：a）.内环1的内环面与反射镜的外环面直接接触，胶粘面积过大，反射镜体在胶粘剂固化后会产生较大的固化应力；b）.没有轴向定位基准，反射镜只有侧面胶粘固定，其轴向的精确定位无法保证，装调困难；c）.轴向刚度较差，反射镜只能靠侧面的胶粘层来承受沿光轴方向的载荷，不适合空间遥感器的特殊环境要求。
发明内容：
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明目的在于，在满足结构动态与静态刚度要求的前提下，保证在外界环境温度发生一定变化时，反射镜的面形精度RMS（均方根）值仍然在容许范围内，还能减小装配过程中产生的装配应力，特设计一种反射镜的柔性支撑机构。
本发明要解决的技术问题是：提供一种空间遥感器反射镜的柔性支撑机构。解决技术问题的技术方案如图2、图3、图4、图5所示。包括内环6、外环7、柔性环节8、内环法兰面9、内外环隔缝10、外环凸缘11、外环隔缝12、内环凸垫13、柔性镜框14、垫块15、柔性压片16、紧固螺钉17，反射镜18，衬垫19，柔性槽20,安装接口A、安装接口B；本柔性支撑机构中的柔性镜框14上带有内环6、外环7和柔性环节8；内环6和外环7之间有三条成120°均布的同心内外环隔缝10，每条内外环隔缝10的两端相对于柔性镜框14圆心的张角在110°至115°之间；两两同心的内外环隔缝10之间的柔性部位就是柔性环节8；内环6上带有内环法兰面9和成120°均布的三个内环凸垫13，每个内环凸垫13都位于内外环隔缝10的中间部位的内环6的内径上，如图3所示；外环7上带有三处成120°均布的外环凸缘11和成120°均布的安装接口A，在外环凸缘11上带有外环隔缝12；每个外环凸缘11都位于安装接口A的对径方向上，对径通过外环凸缘11的中心，外环凸缘11相对于柔性镜框14圆心的张角为60°；反射镜18的侧面用胶粘剂粘接在三处内环凸垫13上，反射镜18的凹面边缘紧靠在内环法兰面9上；在反射镜18凸面一侧的柔性镜框14上，置有柔性压片16，在柔性压片16与柔性镜框14中间安装有垫块15，用紧固螺钉17将柔性压片16、垫块15和反射镜18固定在柔性镜框14的外环7的安装接口A上；柔性压片16上带有柔性槽20用以增加柔性压片16的弹性；在柔性压片16悬伸并压向反射镜18的凸面边缘部位的下面粘接有衬垫19，衬垫19的另一面紧压在反射镜18的凸面上，在柔性镜框14的三处安装接口A的背部有安装接口B，将柔性镜框14固定在遥感器机身的相应位置上。
工作原理说明：反射镜柔性支撑机构中的柔性环节8有三处，成120°均匀布置于内环6与外环7之间，对两者起到连接作用；内环6的内环面通过三个成120°均布的内环凸垫13与反射镜侧面粘接在一起；柔性环节8等效于一个两端固支中心负载的梁结构，具有沿径向的形变自由度，通过自身的柔性形变，在保证静态和动态刚度的同时能减小温度变化对反射镜18反射面面形精度的影响。当外界环境导致结构件与光学件温度变化时，反射镜18会膨胀或收缩，由于反射镜18与内环凸垫13粘接为一体，会导致内环6的膨胀与收缩，通过柔性环节8在径向的柔性变形，可以减弱结构应力的传递，从而减小周边三点侧面支撑结构的应力对反射镜18反射面面形的影响；在对反射镜18周边三点侧面支撑的同时，也对其轴向进行定位和支撑，反射镜18的凹面一端紧靠在内环6的内环法兰面9上，起到轴向定位的作用；在反射镜18的凸面一端，通过三个成120°均布的柔性压片16在轴向压紧，起到辅助支撑的作用，柔性压片16上开有一条柔性槽20，具有沿轴向的变形自由度，当反射镜18在温度变化下沿光轴方向膨胀或收缩时，柔性压片16通过自身的柔性形变，在保证与反射镜接触、起到压紧固定作用的同时能减小应力对反射镜面面形精度的影响。
本发明的积极效果：本发明所提出的反射镜柔性支撑机构，在对反射镜精确定位安装的同时，通过设计在结构件上的径向与轴向柔性环节，在保证动态与静态结构刚度的同时，能够减小温度变化对反射面面形精度的影响，当支撑结构的材料与反射镜材料的热膨胀系数相差较大时，仍能保证良好的温度适应性，容易加工，装配操作简单，并能减小装配应力。
附图说明：
图1是已有技术——美国John H.Bruning公开的一种用于光学元件的解耦安装技术主视示意图。
图2是本发明反射镜柔性支撑机构的总体结构主视示意图。
图3是图2中I的局部放大示意图。
图4是图2的右向剖视示意图。
图5是图4中Ⅱ的局部放大示意图。
具体实施方式：
本发明按图2至图5所示的结构实施，柔性环节8有三处，成120°均匀布置在内环6与外环7之间，将粘接有反射镜18的内环6与固定在遥感器机身上的外环7连接为一体，柔性镜框14通过机械加工直接得到，减少了机械连接部件，提高了可靠性。内环6设计有高精度的内环法兰面9，起到对反射镜18的轴向定位功能。内环6的内径设计有三个内环凸垫13，用于与反射镜18的侧面周边接触，用胶粘剂将反射镜18周边的圆柱面与内环凸垫13粘接固定。与三处内环凸垫13相对应的外环7处，有三个成120°均布的安装接口A，用于安装固定轴向压紧的柔性压片16与垫块15。柔性镜框14的三处安装接口A的背部设计有安装接口B，接口通过螺钉和遥感器机身相应位置连接。三处柔性环节8实际是由柔性镜框14上所加工出的六条封闭的圆弧形通透槽所形成的，即三处外环隔缝12与三处内外环隔缝10。这六条通透槽的宽度相等，分成两组并分别布置在一对不同直径的同心圆上，每一组由三条在同一直径圆上成120°均匀布置的通透槽组成。柔性镜框14所采用材料为钛合金，垫块15与柔性压片16所采用材料为铟钢合金，反射镜18所采用的材料为熔石英玻璃，尺寸为Φ140mm×20mm。
Claims (1)
1.一种空间遥感器反射镜的柔性支撑机构，包括内环（6）、外环（7）、柔性环节（8）；其特征在于还包括内环法兰面（9）、内外环隔缝（10）、外环凸缘（11）、外环隔缝（12）、内环凸垫（13）、柔性镜框（14）、垫块（15）、柔性压片（16）、紧固螺钉（17），反射镜（18），衬垫（19），柔性槽（20）,安装接口A、安装接口B；本柔性支撑机构中的柔性镜框（14）上带有内环（6）、外环（7）和柔性环节（8）；内环（6）和外环（7）之间有三条成120°均布的同心内外环隔缝（10），每条内外环隔缝（10）的两端相对于柔性镜框（14）圆心的张角在110°至115°之间；两两同心的内外环隔缝（10）之间的柔性部位就是柔性环节（8）；内环（6）上带有内环法兰面（9）和成120°均布的三个内环凸垫（13），每个内环凸垫（13）都位于内外环隔缝（10）的中间部位的内环（6）的内径上；外环（7）上带有三处成120°均布的外环凸缘（11）和成120°均布的安装接口A，在外环凸缘（11）上带有外环隔缝（12）；每个外环凸缘（11）都位于安装接口A的对径方向上，对径通过外环凸缘（11）的中心，外环凸缘（11）相对于柔性镜框（14）圆心的张角为60°；反射镜（18）的侧面用胶粘剂粘接在三处内环凸垫（13）上，反射镜（18）的凹面边缘紧靠在内环法兰面（9）上；在反射镜（18）凸面一侧的柔性镜框（14）上，置有柔性压片(16)，在柔性压片(16)与柔性镜框(14)中间安装有垫块(15)，用紧固螺钉（17）将柔性压片（16）、垫块（15）和反射镜（18）固定在柔性镜框（14）的外环（7）的安装接口A上；柔性压片（16）上带有柔性槽（20）用以增加柔性压片（16）的弹性；在柔性压片（16）悬伸并压向反射镜（18）的凸面边缘部位的下面粘接有衬垫（19），衬垫（19）的另一面紧压在反射镜（18）的凸面上，在柔性镜框（14）的三处安装接口A的背部有安装接口B，将柔性镜框（14）固定在遥感器机身的相应位置上。
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| CN102981242A (zh) * | 2012-12-12 | 2013-03-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种空间光学遥感器反射镜柔性支撑机构 |
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|---|---|
| CN102262281A (zh) | 2011-11-30 |
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