CN104267560A - 一种空间相机主支撑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空间相机主支撑结构，包括支撑筒、前法兰、后法兰及对称设置在支撑筒筒身两侧的转台法兰，支撑筒为碳纤维复合材料层压板结构，转台法兰安装在支撑筒的后半部，安装转台法兰的部位设置有加厚层，支撑筒的筒身中间部位设置有环向加强筋，支撑筒的前端与加厚层之间设置有轴向加强筋。本发明能够在较小重量的情况下能够获得较大的刚度和强度。

Description

一种空间相机主支撑结构
技术领域
本发明涉及一种空间相机主支撑结构，尤其涉及一种高刚度、高强度的薄壁筒式主支撑结构。
背景技术
长焦距高分辨率空间相机在工程应用中多采用同轴三反式光学系统结构，其主次镜之间的距离较大，位置误差要求严格，需要高刚度及高强度同时质量又较轻的连接结构。传统相机连接主次镜的主支撑结构多为殷钢材料，质量过大；碳纤维材料由于其密度小、刚度高、热膨胀系数可设计性在相机主支撑结构的设计中得到了广泛应用。
发明内容
本发明提供一种应用于转台上的空间相机主支撑结构，该结构具有高比刚度及高结构稳定性的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种空间相机主支撑结构，包括支撑筒、前法兰和后法兰，所述支撑筒为碳纤维复合材料层压板结构，其特殊之处在于：
还包括对称设置在支撑筒筒身两侧的转台法兰，所述转台法兰安装在支撑筒的后半部，安装转台法兰的部位设置有加厚层，所述支撑筒的筒身中间部位设置有环向加强筋，所述支撑筒的前端与加厚层之间设置有轴向加强筋。
上述加厚层的外表面为以支撑筒中心轴为轴心的圆柱的圆柱面。
上述轴向加强筋有两条，两条加强筋之间的间隔约为一个转台法兰的宽度，
所述主支撑结构还包括设置在两条轴向加强筋之间的两条短的局部加强筋，所述局部加强筋的端部与环向加强筋固定连接。
上述轴向加强筋、环向加强筋及局部加强筋的剖面均呈⊥形，⊥形的—部由∣部沿整个长度方向劈开一定深度均分而成，所述∣部的厚度为—部厚度的两倍，所述轴向加强筋、环向加强筋及局部加强筋的材料也为碳纤维复合材料并与支撑筒一起固化成型。
上述支撑筒还包括设置在支撑筒内沿轴向设置的多个挡光环，所述挡光环的材料也为碳纤维复合材料并与支撑筒一起固化成型。
上述支撑筒还包括翻边结构，所述翻边结构为设置在支撑筒两端沿筒身径向向外设置的翻边，所述前法兰和后法兰的横截面均呈L形结构，所述支撑筒分别与前法兰和后法兰通过翻边及L形结构形成止口配合结构。
上述支撑筒的前端面和后端面为喷砂处理面，所述前法兰和后法兰与支撑筒的配合面也为喷砂处理面，所述支撑筒分别与前法兰和后法兰进行胶结，胶结后再使用螺钉进行紧固。
上述支撑筒上安装转台法兰的部位为喷砂处理面，所述转台法兰与支撑筒的接触面为喷砂处理面，所述支撑筒与转台法兰进行胶结，胶结后再使用螺钉进行紧固。
上述法兰还包括设置在螺钉与支撑筒之间的异形垫片，所述异形垫片与加厚层的配合面为圆柱面，与螺钉的配合面为平面。
上述前法兰、后法兰及转台法兰为钛合金法兰。
本发明与现有技术相比，优点是：
1、本发明主支撑筒采用高模量碳纤维材料制成，转台法兰直接与筒身连接，为保证支撑结构的高比刚度和结构稳定性，本发明在在支撑筒的特定位置设置轴向、环向加强筋及局部加强筋，并在受力较大的地方局部增厚，大大减轻了重量；通过对碳纤维筒结构及铺层顺序的优化，在较小重量的情况下能够获得较大的刚度和强度。
2、本发明支撑筒与法兰之间通过胶结和螺接两种连接方式，简单可靠，在主支撑结构与其他部件连接处采用钛合金法兰，与其他部件装配时，对钛合金法兰进行精加工，提高了加工精度和装配精度。
附图说明
图1为本发明结构与主镜部件及次镜部件的装配关系图；
图2为相机与转台装配关系图；
图3为主支撑结构的立体视图；
图4为主支撑结构的主视图；
图5为主支撑结构的侧视图；
图6-1为前法兰的结构图、图6-2为前法兰的剖面图；
图7-1为后法兰的结构图；图7-2为后法兰的剖面图；
图8为支撑筒的剖视图；
图9为支撑筒的局部视图；
图10-1、图10-2为转台法兰的不同视图；
图11为异形垫片；
其中附图标记为：1-空间相机主支撑结构、2-次镜部件、3-主镜部件、4-转台系统、11-前法兰、12-支撑筒、13-后法兰、14-转台法兰、15-异形垫片、16-环向加强筋、17-轴向加强筋、18-局部加强筋、19-挡光环。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做详细说明。
如图1所示，本发明所提供的空间相机薄壁筒式主支撑结构1，一端连接次镜部件2，一端连接主镜部件3，可以满足主镜部件及次镜部件的高精度对准关系，同时又易于装配且具有较轻的质量。
如图2所示本发明与次镜部件和主镜部件装配后安装在转台上。
如图3-5所示，本发明空间相机主支撑结构，包括前法兰11、支撑筒12、后法兰13及两个转台法兰14，其中支撑筒12由层压板铺设而成，层压板由碳纤维复合材料单层板按一定铺层数量、铺层角度和铺层顺序铺设而成，通过铺层优化，使得整体结构可以对应不同的载荷设计不同的轴向刚度和环向刚度；同时通过铺层优化可以做到轴向0膨胀，保证主次镜间隔。
为了最大程度地提高主支撑结构的结构刚度；本发明对支撑筒12外圆柱面环向加强筋的轴向位置及转台法兰4的大小进行综合优化，转台法兰安装在筒身的后半部，安装转台法兰的部位设置有加厚层，支撑筒的筒身中间部位设置有环向加强筋16，支撑筒12的前端与加厚层之间设置有轴向加强筋17。
由于整个相机的重量由两个转台法兰承担，为增加连接可靠性，本发明加厚层的表面是以支撑筒中心轴为轴心的圆柱面。
进一步的，本发明支撑筒每侧转台法兰的加厚层与支撑筒的前端之间的的轴向加强筋有两条，两条加强筋之间的间隔约为一个安装法兰的宽度，在两条轴向加强筋之间设置有两条短的轴向局部加强筋18，局部加强筋的一端与环向加强筋固定连接，增强局部刚度，减小应力集中，提高整体结构刚度。
进一步的，本发明的支撑筒2外圆柱面的环向加强筋和轴向加强筋剖面均为“┸”形，是由一定厚度的加强筋在厚度方向均分成两部分后再与支撑筒外壁连接，这种结构的优点是连接强度高，且支撑筒受力均匀。
进一步的本发明的支撑筒2的内圆面沿轴向设计有薄壁挡光环19，在消杂光的同时可以起到环向加强筋的作用，提高了结构刚度。
本发明的支撑筒、所有加强筋、挡光环及加厚层一起整体固化成型，结构一致性更好，整体刚度更好。
进一步的，本发明的支撑筒12在整体热压固化成型后与前法兰11、后法兰13及转台法兰14通过胶结及螺接装配在一起，保证了连接强度及连接均匀性；胶结前对前法兰11及后法兰13与支撑筒12的粘接面进行喷砂处理，提高粘接强度。
如图6、图7所示，为了进一步增大粘结面积，本发明前法兰11及后法兰13剖面为L形，与复合材料支撑筒12装配时，与支撑筒12的前后端面及翻边圆柱面粘接在一起。
为了提高连接可靠性，本发明转台法兰14与支撑筒12通过环氧树脂胶及22个连接螺钉连接，在连接前，对转台法兰14与支撑筒12加厚层圆柱面的粘接面进行喷砂处理，提高粘接强度。为进一步保证螺钉连接的可靠性；转台法兰14与支撑筒12连接螺钉与支撑筒12之间设置一个异形垫片15，异形垫片15一侧为与支撑筒12内壁相同的圆柱面，另一侧为平面，提高了螺钉连接的可靠性。本发明的转台法兰14和异形垫片15由钛合金材料制成。
在上述前法兰11及后法兰13、转台法兰14与复合材料支撑筒12全部连接完成后，对前法兰11、后法兰13的端面及与次镜部件和主镜部件配合的圆柱面进行精加工，获得高配合精度，保证主次镜之间的高精度对准关系；在相机安装时，转台法兰14与转台通过8个M8螺钉连接，为降低转台轴转动时相机的不平衡力矩，两个转台法兰14上的各8个M8螺钉定位圆的圆心连线通过相机重心；在相机整体装配完成后，测量出相机的重心位置，配打连接螺钉孔；通过对上述转台法兰14的端面的精加工，保证相机与转台的装配精度。

Claims (10)

1.一种空间相机主支撑结构，包括支撑筒、前法兰和后法兰，所述支撑筒为碳纤维复合材料层压板结构，其特征在于：
还包括对称设置在支撑筒筒身两侧的转台法兰，所述转台法兰安装在支撑筒的后半部，安装转台法兰的部位设置有加厚层，所述支撑筒的筒身中间部位设置有环向加强筋，所述支撑筒的前端与加厚层之间设置有轴向加强筋。
2.根据权利要求1所述的空间相机主支撑结构，其特征在于：所述加厚层的外表面为以支撑筒中心轴为轴心的圆柱的圆柱面。
3.根据权利要求1或2所述的空间相机主支撑结构，其特征在于：所述轴向加强筋有两条，两条加强筋之间的间隔约为一个转台法兰的宽度，
所述主支撑结构还包括设置在两条轴向加强筋之间的两条短的局部加强筋，所述局部加强筋的端部与环向加强筋固定连接。
4.根据权利要求3所述的空间相机主支撑结构，其特征在于：所述轴向加强筋、环向加强筋及局部加强筋的剖面均呈⊥形，⊥形的—部由∣部沿整个长度方向劈开一定深度均分而成，所述∣部的厚度为—部厚度的两倍，所述轴向加强筋、环向加强筋及局部加强筋的材料也为碳纤维复合材料并与支撑筒一起固化成型。
5.根据权利要求4所述的空间相机主支撑结构，其特征在于：所述支撑筒还包括设置在支撑筒内沿轴向设置的多个挡光环，所述挡光环的材料也为碳纤维复合材料并与支撑筒一起固化成型。
6.根据权利要求5所述的空间相机主支撑结构，其特征在于：所述支撑筒还包括翻边结构，所述翻边结构为设置在支撑筒两端沿筒身径向向外设置的翻边，所述前法兰和后法兰的横截面均呈L形结构，所述支撑筒分别与前法兰和后法兰通过翻边及L形结构形成止口配合结构。
7.根据权利要求6所述的空间相机主支撑结构，其特征在于：所述支撑筒的前端面和后端面为喷砂处理面，所述前法兰和后法兰与支撑筒的配合面也为喷砂处理面，所述支撑筒分别与前法兰和后法兰进行胶结，胶结后再使用螺钉进行紧固。
8.根据权利要求6所述的空间相机主支撑结构，其特征在于：所述支撑筒上安装转台法兰的部位为喷砂处理面，所述转台法兰与支撑筒的接触面为喷砂处理面，所述支撑筒与转台法兰进行胶结，胶结后再使用螺钉进行紧固。
9.根据权利要求8所述的空间相机主支撑结构，其特征在于：所述法兰还包括设置在螺钉与支撑筒之间的异形垫片，所述异形垫片与加厚层的配合面为圆柱面，与螺钉的配合面为平面。
10.根据权利要求9所述的空间相机主支撑结构，其特征在于：所述前法兰、后法兰及转台法兰为钛合金法兰。
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