CN104267479B - 一种空间相机次镜支架结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空间相机次镜支架结构，包括次镜支架、金属嵌件及金属法兰，次镜支架包括同心设置的内环、外环，所述内环和外环之间通过均布的多条切向筋连接，外环为碳纤维复合材料层压板结构，内环由碳纤维复合材料预浸料以金属嵌件为芯轴缠绕形成，在进行最后一圈缠绕的过程中对预浸料在厚度方向进行分束，每经一个内环的等分点分出一束预浸料，分出的预浸料的端部与外环连接形成所述的切向筋。本发明解决了高刚度与轻量化之间的矛盾；同时采用以金属嵌件为芯轴缠绕铺设预浸料并使金属嵌件与复合材料一起固化的方法，解决了金属嵌件与复合材料次镜支架牢固装配的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间相机次镜支架结构。
背景技术
长焦距高分辨率空间相机广泛采用同轴三反光学系统，主次镜之间的间隔很大，其相对位置的变动对相机的成像质量影响很大。通常主镜组件与次镜组件之间通过主支撑筒加次镜支架的连接形式，现有次镜支架多为金属结构，存在重量大、遮拦比高、温度适应性差等技术问题。
发明内容
本发明提出了一种基于碳纤维复合材料的次镜支架结构，可以满足高比刚度、小遮拦比及良好的温度适应性的要求。
本发明的技术解决方案为：
一种空间相机次镜支架结构，包括次镜支架、金属嵌件及金属法兰，所述次镜支架包括同心设置的内环、外环，所述内环和外环之间通过均布的多条切向筋连接，其特殊之处在于：
所述外环为碳纤维复合材料层压板结构，所述内环由碳纤维复合材料预浸料以金属嵌件为芯轴缠绕形成，在进行最后一圈缠绕的过程中对预浸料在厚度方向进行分束，每经一个内环的等分点分出一束预浸料，分出的预浸料的端部与外环连接形成所述的切向筋。
上述次镜支架还包括加厚圈，所述加厚圈由碳纤维复合材料预浸料顺着两个相邻的切向筋的相向侧及夹在两个切向筋之间的外环内壁绕圈铺设而成。
上述外环还包括沿外环两侧径向设置的向外的翻边，两侧的翻边与外环的外圆周面形成环形槽；
所述外环还包括沿环形槽底部圆周布置且首尾相接的多个盒形结构，所述盒形结构包括底面、设置在底面左右两侧的左侧面和右侧面、设置在底面前后两侧的前侧面和后侧面，所述底面与环形槽底部相适配，所述左侧面和右侧面与外环翻边相适配，所述前侧面与后侧面沿外环的径向方向设置，多个盒形结构与两侧的翻边共同形成加强筋结构。
上述金属嵌件的外圆柱面包括两端圆柱面及夹在两端圆柱面之间的中间圆柱面，两端圆柱面的外径相同且大于中间圆柱面的外径，所述中间圆柱面为内环形成时的缠绕面。
上述中间圆柱面上设置的有密布的间隔均匀的多个环向凹槽。
上述金属嵌件的内圆柱面也包括两端圆柱面及夹在两端圆柱面之间的中间圆柱面，两端圆柱面的内径相同且小于中间圆柱面的内径，该两端圆柱面为与次镜座的配合面，且该两端圆柱面上沿轴向设置有对称的沟槽。
上述次镜支架1与金属嵌件2整体热压固化成型。
上述金属法兰的横截面成L型，L形结构的端面与外圆柱面分别与主支撑筒的端面和内圆柱面配合。
上述金属法兰与外环之间胶结后再用螺钉进行紧固。
本发明与现有技术相比，优点是：
1、本发明采用高模量碳纤维复合材料，解决了高刚度与轻量化之间的矛盾；同时采用以金属嵌件为芯轴缠绕铺设预浸料并使金属嵌件与复合材料一起固化的方法，解决了金属嵌件与复合材料次镜支架牢固装配的问题；另外，切向筋结构和碳纤维材料提高了次镜部件的温度适应性。
2、本发明金属法兰与复合材料次镜支架之间通过胶结和螺接两种方式连接，连接可靠均匀。
3、本发明采用封闭盒形结构构造加强筋解决了传统加强筋连接强度和刚度不足的问题；通过复合材料铺层设计优化解决了特定方向刚度与强度增强的问题；
4、光学遮拦小：优化四条切向筋沿光轴方向的高度和四条筋的厚度实现了高刚度和小光学遮拦。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1的爆炸图；
图3本发明次镜支架示意图；
图4为本发明金属嵌件结构示意图；
图5为本发明金属法兰的主视图；
图6为本发明金属法兰的剖视图；
图7为本发明次镜支架与主支撑筒的连接示意图；
图8为图7的局部剖视图；
图9为本发明次镜支架与次镜组件连接示意图；
图10为图9的局部剖视图；
其中附图标记为：1-次镜支架、11-内环、12-外环、13-切向筋、15-翻边、16-盒形结构、2-金属嵌件、21-环向凹槽、22-沟槽、3-金属法兰、4-次镜组件、41-次镜座、42-次镜、43-次镜遮光罩。
具体实施方式
本发明包括次镜支架1、金属嵌件2和金属法兰3，次镜支架1由高模量碳纤维增强环氧树脂基复合材料层压板铺设而成，在铺层过程中利用不同的模具形成不同的结构，最后组装在一起，吸胶，进热压罐固化。次镜支架1的材料选用高模量碳纤维增强树脂基复合材料制成，解决了高刚度与轻量化之间的矛盾，同时，具有高阻尼、热膨胀系数可设计的特点，在空间环境中具有较好的振动抑制效果及温度稳定性。
本发明中的次镜支架包括内环11、外环12及内环和外环之间的切向筋13，内环是以金属嵌件2为芯轴缠绕形成，从内环引出的预浸料形成四翼切向筋，在环境温度变化引起四条筋的长度变化时内环可绕次镜光轴转动，对成像质量影响小；为了满足四翼切向筋的厚度要求及内环和外环的设计尺寸要求，可顺着两个相邻的切向筋的相向侧及夹在两个切向筋之间的外环内壁绕圈铺设加强圈；同时，四条筋的多层预浸料与外环可重合不同的长度，形成位置不同的接缝，降低了接缝处破坏的风险。另外，本发明对四翼切向筋沿光轴方向的高度和筋的厚度进行了优化，实现高刚度和小光学遮拦；在铺层设计时可增加四翼切向筋中沿筋的长度方向的纤维铺层数量，以增加沿筋的长度方向的强度和刚度。
进一步的，本发明次镜支架1的外环为翻边15结构，内部有12个盒形结构16；12个盒形结构和外环的翻边共同形成多个加强筋，解决了传统加强筋连接强度和刚度不足的难题。
进一步的，本发明的金属嵌件2的外表面包括两端圆柱面及夹在两端圆柱面之间的中间圆柱面，两端圆柱面的外径相同且大于中间圆柱面的外径，中间圆柱面为内环形成时的缠绕面，且中间圆柱面上设置有密布的间隔均匀的多个环向凹槽21，该结构的设计一方面在内环形成时可借助于两端的圆柱面作为定位基准，另一方面密布的环向凹槽增大了预浸料与金属嵌件的附着力。
另外，本发明金属嵌件的内圆柱面也包括两端圆柱面及夹在两端圆柱面之间的中间圆柱面，两端圆柱面的内径相同且小于中间圆柱面的内径，该两端圆柱面为与次镜座的配合面，且该两端圆柱面上沿轴向设置有对称的沟槽22。金属嵌件2与次镜座41只在两端圆柱面配合，该结构减少了配合圆柱面的长度，提高了配合精度，两端圆柱面上加工的轴向沟槽，防止装配时金属嵌件2与次镜组件之间咬死。
再进一步的，本发明在金属嵌件2与内环的配合面加工有多个环向凹槽，增强了次镜支架1与金属嵌件2之间的连接可靠性。
在进行一步的，本发明的次镜支架1与金属嵌件2一起在热压罐内整体热压固化成型，增加了结构的一致性。
最后，本发明的金属法兰3通过环氧树脂胶及12个连接螺钉与次镜支架1连接，保证了连接强度及连接均匀性；金属法兰3剖面为L形，L形结构的端面与外圆柱面分别与主支撑筒的端面和内圆柱面配合。在金属嵌件2、金属法兰3与次镜支架1全部连接完成后，对金属嵌件2上与次镜组件配合的两端圆柱面进行精加工，获得与次镜座的高配合精度；在未装次镜座时以精加工后的金属嵌件2上与次镜组件配合圆柱面为基准对金属法兰3与主支撑筒配合的端面和圆柱面进行半精加工；在次镜组件4与次镜支架1装配完成后，金属法兰3在次镜支架与主支撑筒装配时以次镜42光轴为基准对配合端面和圆柱面进行高精度对心加工，从而实现次镜支架与主支撑筒的高精度装配。
Claims (9)
1.一种空间相机次镜支架结构，包括次镜支架、金属嵌件及金属法兰，所述次镜支架包括同心设置的内环、外环，所述内环和外环之间通过均布的多条切向筋连接，其特征在于：
所述外环为碳纤维复合材料层压板结构，所述内环由碳纤维复合材料预浸料以金属嵌件为芯轴缠绕形成，在进行最后一圈缠绕的过程中对预浸料在厚度方向进行分束，每经一个内环的等分点分出一束预浸料，分出的预浸料的端部与外环连接形成所述的切向筋。
2.根据权利要求1所述的空间相机次镜支架结构，其特征在于：所述次镜支架还包括加厚圈，所述加厚圈由碳纤维复合材料预浸料顺着两个相邻的切向筋的相向侧及夹在两个切向筋之间的外环内壁绕圈铺设而成。
3.根据权利要求1或2所述的空间相机次镜支架结构，其特征在于：所述外环还包括沿外环两侧径向设置的向外的翻边，两侧的翻边与外环的外圆周面形成环形槽；
所述外环还包括沿环形槽底部圆周布置且首尾相接的多个盒形结构，所述盒形结构包括底面、设置在底面左右两侧的左侧面和右侧面、设置在底面前后两侧的前侧面和后侧面，所述底面与环形槽底部相适配，所述左侧面和右侧面与外环翻边相适配，所述前侧面与后侧面沿外环的径向方向设置，多个盒形结构与两侧的翻边共同形成加强筋结构。
4.根据权利要求3所述的空间相机次镜支架结构，其特征在于：所述金属嵌件的外圆柱面包括两端圆柱面及夹在两端圆柱面之间的中间圆柱面，两端圆柱面的外径相同且大于中间圆柱面的外径，所述中间圆柱面为内环形成时的缠绕面。
5.根据权利要求4所述的空间相机次镜支架结构，其特征在于：所述中间圆柱面上设置有密布的间隔均匀的多个环向凹槽。
6.根据权利要求5所述的空间相机次镜支架结构，其特征在于：所述金属嵌件的内圆柱面也包括两端圆柱面及夹在两端圆柱面之间的中间圆柱面，内圆柱面的两端圆柱面的内径相同且小于中间圆柱面的内径，该内圆柱面的两端圆柱面为与次镜座的配合面，且该内圆柱面的两端圆柱面上沿轴向设置有对称的沟槽。
7.根据权利要求6所述的空间相机次镜支架结构，其特征在于：
所述次镜支架与金属嵌件整体热压固化成型。
8.根据权利要求7所述的空间相机次镜支架结构，其特征在于：所述金属法兰的横截面成L型，L型横截面的端面与主支撑筒的端面配合，金属法兰的外圆柱面与主支撑筒的内圆柱面配合。
9.根据权利要求8所述的空间相机次镜支架结构，其特征在于：所述金属法兰与外环之间胶结后再用螺钉进行紧固。
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