CN105044878B - 具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，包括镜面本体，所述镜面本体通过多瓣子镜片相互连接形成；所述相邻两瓣子镜片之间采用铰链机构连接；所述铰链机构包括铰链机构a和铰链结构b，其中，所述铰链结构a包括一个有源固定式铰链和两个浮动式铰链，所述铰链结构b包括三个浮动式铰链。本发明有源固定式铰链采用超声电机驱动组件作为动力源，具有驱动力矩大和断电自锁的特点。镜面本体在轨展开技术实现了大口径镜面在轨可控、有序展开，通过合理布局固定式铰链和浮动式铰链，使镜面的展开过程不会发生卡滞现象，实现了锁定冲击小、锁定刚度大、轻量化、可靠性高等特点。

Description

具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面
技术领域
本发明涉及航天器结构技术领域，具体为一种具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面。
背景技术
随着光学卫星技术的发展，某些大口径光学卫星的镜面尺寸越来越大，有些镜面口径已经达到10m量级，这势必要在卫星发射段将其可靠的收拢与卫星整流罩内部，在轨之后再进行展开。
现有的收拢与展开镜面中，大部分收拢与展开机构均为无源展开，具备很高的可靠性，但是也同样产生了展开过程不可控的缺点；另外，还有一些有源展开机构，采用电磁式电动机作为驱动源，但是电动机本身具有功率密度小、重量较大、易产生电磁干扰等缺点，这些问题都限制了有源展开装置在卫星上的应用。
目前没有发现同本发明类似的技术说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提出了一种基于超声电机驱动的具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，从产品适用性、展开可控性、轻量化等角度考虑，能满足在轨工作环境，并提高有源展开机构的性能。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
一种具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，包括镜面本体，所述镜面本体通过多瓣子镜片相互连接形成；所述相邻两瓣子镜片之间采用铰链机构连接；所述铰链机构包括铰链机构a和铰链结构b，其中，所述铰链结构a包括一个有源固定式铰链和两个浮动式铰链，所述铰链结构b包括三个浮动式铰链；在发射阶段，所述镜面本体呈伞状收拢；在入轨之后，多瓣子镜片之间通过有源固定式铰链控制有序展开并锁定；所述浮动式铰链用于镜面本体展开过程中的误差自调节并提供锁定刚度。
优选地，所述子镜片为18片，相应地，所述铰链机构为18套，其中，17套铰链机构采用铰链机构a，另外一套铰链机构采用铰链机构b。
优选地，所述铰链机构a的有源固定式铰链设置于靠近镜面本体的外边缘处；所述浮动式铰链由有源固定式铰链向镜面本体的内边缘依次设置；所述铰链机构b的浮动式铰链由镜面本体的外边缘向镜面本体的内边缘依次设置。
优选地，所述有源固定式铰链包括：公铰a、母铰a、旋转轴a以及超声电机驱动组件；其中，所述公铰a和母铰a通过旋转轴a连接，所述超声电机驱动组件与旋转轴a驱动连接；所述超声电机驱动组件包括行星齿轮减速器和超声电机，所述超声电机通过行星齿轮减速器与旋转轴a的一端驱动连接；所述旋转轴a的另一端与母铰a之间设有球轴承，所述旋转轴a的另一端端部设有挡圈。
优选地，所述浮动式铰链包括：公铰b、母铰b以及旋转轴b，其中，所述公铰b和母铰b之间通过旋转轴b连接；所述公铰b与旋转轴之间设有轴承机构，所述轴承机构包括由旋转轴向公铰b依次设置的球轴承、轴承外圈和轴承中圈，所述轴承机构两侧设有弹性挡圈，所述弹性挡圈提供沿旋转轴轴线方向的浮动间隙。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过将超大口径镜面分割为若干子镜片，实现了对超大口径镜面的高收纳比，可达36％；
2、18瓣子镜片的连接铰链机构中，其中17套采用1个有源固定式铰链和2个浮动式铰链连接，另外1套采用3个浮动式铰链连接，实现了展开过程中误差的自调节，不会发生展开卡滞的现象；
3、有源固定式铰链采用超声电机和行星齿轮减速器做动力源，由于超声电机具有功率密度大、转动精度高(可达角秒级精度)、质量轻、输出转矩大、无电磁干扰和断电自锁等诸多优点，实现了有源固定式铰链的轻量化和高精度的可控展开。
4、由于超声电机具备断电自锁的功能，并且锁定力矩可达1N.m量级，通过减速器还有力矩放大作用，可大大提高镜面本体锁定刚度。
5、由于采用了有源固定式铰链的可控展开，可以控制每个子镜片的展开速度，并且容易实现展开的同步控制，并且锁定时无冲击，对光学镜面这种要求形面精度很高的结构，有源固定式铰链的可控展开具有更大的优势。同时，当镜面精度在轨超差时，也可通过超声电机驱动组件进行微调，从而保证镜面精度。
6、有源固定式铰链采用超声电机驱动组件作为动力源，具有驱动力矩大和断电自锁的特点；镜面本体在轨展开技术实现了大口径镜面在轨可控、有序展开，通过合理布局有源固定式铰链和浮动式铰链，使镜面本体的展开过程不会发生卡滞现象，实现了锁定冲击小、锁定刚度大、轻量化、可靠性高等特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明镜面本体展开状态结构示意图；
图2为本发明镜面本体收拢状态结构示意图，其中，(a)为俯视图，(b)为立体图；
图3为本发明有源固定式铰链结构示意图；
图4为本发明浮动式铰链结构示意图；
图5为本发明有源固定式铰链剖面图；
图6为本发明浮动式铰链剖面图。
图中：1为子镜片，2为浮动式铰链，3为有源固定式铰链，301为公铰a，302为旋转轴a，303为母铰a，304为超声电机驱动组件，305为行星齿轮减速器，306为超声电机，307为紧钉螺钉，308为深沟球轴承，309为挡圈，201为母铰b，202为旋转轴b，203为公铰b，204为螺母挡圈，205为套筒，206为弹性挡圈，207为轴承中圈208为轴承外圈，209为球轴承，210为轴承挡圈。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例一种具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，适用于超大口径(例如10m)光学镜面，包括镜面本体，所述镜面本体通过多瓣子镜片相互连接形成；所述相邻两瓣子镜片之间采用铰链机构连接；所述铰链机构包括铰链机构a和铰链结构b，其中，所述铰链结构a包括一个有源固定式铰链和两个浮动式铰链，所述铰链结构b包括三个浮动式铰链；在发射阶段，所述镜面本体呈伞状收拢；在入轨之后，多瓣子镜片之间通过有源固定式铰链控制有序展开并锁定；所述浮动式铰链用于镜面本体展开过程中的误差自调节并提供锁定刚度。
进一步地，所述子镜片为18片，相应地，所述铰链机构为18套，其中，17套铰链机构采用铰链机构a，另外一套铰链机构采用铰链机构b。
进一步地，所述铰链机构a的有源固定式铰链设置于靠近镜面本体的外边缘处；所述浮动式铰链由有源固定式铰链向镜面本体的内边缘依次设置；所述铰链机构b的浮动式铰链由镜面本体的外边缘向镜面本体的内边缘依次设置。
进一步地，所述有源固定式铰链包括：公铰a、母铰a、旋转轴a以及超声电机驱动组件；其中，所述公铰a和母铰a通过旋转轴a连接，所述超声电机驱动组件与旋转轴a驱动连接；所述超声电机驱动组件包括行星齿轮减速器和超声电机，所述超声电机通过行星齿轮减速器与旋转轴a的一端驱动连接；所述旋转轴a的另一端与母铰a之间设有球轴承，所述旋转轴a的另一端端部设有挡圈。
进一步地，所述浮动式铰链包括：公铰b、母铰b以及旋转轴b，其中，所述公铰b和母铰b之间通过旋转轴b连接；所述公铰b与旋转轴之间设有轴承机构，所述轴承机构包括由旋转轴向公铰b依次设置的球轴承、轴承外圈和轴承中圈，所述轴承机构两侧设有弹性挡圈，所述弹性挡圈提供沿旋转轴轴线方向的浮动间隙。
下面结合附图对本实施例进一步描述。
如图1所示，本实施例提供的具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，是一种面向10m口径的光学镜面收拢与展开的超大口径光学镜面高收纳比的收拢与展开技术，镜面可均分为18瓣子镜片，相邻子镜片之间采用铰链机构连接。发射阶段镜面成伞状收拢，入轨之后通过有源固定式铰链控制镜面有序展开，展开到位后可靠锁定。
镜面均分为18瓣子镜片，每两块相邻的子镜片之间采用3组铰链连接，共需要18套铰链装置。其中，17套铰链均采用1个有源固定式铰链和2个浮动式铰链的铰链机构a，另外1套铰链采用3个浮动式铰链的铰链机构b。
如图2(a)和图2(b)所示，镜面本体处于收拢状态时，每个子镜片呈伞状折叠收拢，内部为圆柱空腔，收拢后尺寸为Φ3.6×2.5m，镜面的径向收纳比高达36％，收拢后的尺寸满足卫星的包络要求。
如图3和图5所示，有源固定式铰链采用超声电机驱动组件作为动力源，超声电机驱动组件包括超声电机和行星齿轮减速器。
如图4和图6所示，浮动式铰链设有球轴承、轴承外圈、轴承中圈。球轴承为球形结构，两侧弹性挡圈提供沿旋转轴b轴线方向的浮动间隙。
本实施例提供的具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，镜面本体展开后直径为Φ10m，如图1所示。该10m口径镜面展开原理是采用有源固定式铰链和两个浮动式铰链或3个浮动式铰链将相邻的子镜连接在一起。发射状态时，整个镜面成伞状收拢(Φ3.6×2.5m)，如图2(a)和图2(b)所示；入轨之后，通过有源固定式铰链提供展开动力，将收拢状态的的镜面可控展开，展开到位后可靠锁定。有源固定式铰链采用超声电机驱动组件作为动力源，具有驱动力矩大和断电自锁的特点。镜面本体在轨展开技术实现了大口径镜面在轨可控、有序展开，通过合理布局固定式铰链和浮动式铰链，使镜面的展开过程不会发生卡滞现象，实现了锁定冲击小、锁定刚度大、轻量化、可靠性高等特点。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，其特征在于，包括镜面本体，所述镜面本体通过多瓣子镜片相互连接形成；所述相邻两瓣子镜片之间采用铰链机构连接；所述铰链机构包括铰链机构a和铰链结构b，其中，所述铰链结构a包括一个有源固定式铰链和两个浮动式铰链，所述铰链结构b包括三个浮动式铰链；所述有源固定式铰链控制多瓣子镜片有序展开并锁定；所述浮动式铰链用于镜面本体展开过程中的误差自调节并提供锁定刚度；
所述有源固定式铰链包括：公铰a、母铰a、旋转轴a以及超声电机驱动组件；其中，所述公铰a和母铰a通过旋转轴a连接，所述超声电机驱动组件与旋转轴a驱动连接；所述超声电机驱动组件包括行星齿轮减速器和超声电机，所述超声电机通过行星齿轮减速器与旋转轴a的一端驱动连接；所述旋转轴a的另一端与母铰a之间设有球轴承，所述旋转轴a的另一端端部设有挡圈。
2.根据权利要求1所述的具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，其特征在于，所述子镜片为18片，相应地，所述铰链机构为18套，其中，17套铰链机构采用铰链机构a，另外一套铰链机构采用铰链机构b。
3.根据权利要求2所述的具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，其特征在于，所述铰链机构a的有源固定式铰链设置于靠近镜面本体的外边缘处；所述浮动式铰链由有源固定式铰链向镜面本体的内边缘依次设置；所述铰链机构b的浮动式铰链由镜面本体的外边缘向镜面本体的内边缘依次设置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有高收纳比的收拢与展开大口径光学镜面，其特征在于，所述浮动式铰链包括：公铰b、母铰b以及旋转轴b，其中，所述公铰b和母铰b之间通过旋转轴b连接；所述公铰b与旋转轴之间设有轴承机构，所述轴承机构包括由旋转轴向公铰b依次设置的球轴承、轴承外圈和轴承中圈，所述轴承机构两侧设有弹性挡圈，所述弹性挡圈提供沿旋转轴轴线方向的浮动间隙。
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