CN105242373B - 空间相机反射镜中心支撑装置 - Google Patents
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Abstract
空间相机反射镜中心支撑装置，涉及空间相机技术领域，解决现有反射镜支撑结构存在与反射镜粘胶面积大，导致反射镜面形变差，并且存在反射镜与支撑结构进行粘接时轴向和径向定位差，导致安装精度低等问题，包括柔性支撑结构，所述柔性支撑结构通过机械加工方式直接获得；所述柔性支撑结构包括支撑结构和沿所述支撑结构周向均布的三个柔性结构，在对反射镜精确定位安装的同时，通过六条胶槽的设计，使得粘接应力变小，减小装配对反射镜面形的影响。另外通过设计多处径向与轴向的柔性环节，在保证动态与静态结构刚度的同时，能够有效消除空间相机机身受力和变形对反射镜的影响，减小温度变化、重力等因素对反射镜面形的影响。
Description
技术领域
本发明涉及空间相机技术领域，具体涉及的一种用于空间相机的反射镜中心支撑技术。
背景技术
光学反射镜是空间相机的核心部件，其支撑方式与安装精度将会直接影响反射镜的面形精度，从而影响光学系统的成像质量，因此反射镜的支撑结构的合理设计将显得至关重要。在空间环境工作时，复杂的热环境与力学环境会引起相机反射镜组件结构的温度变化和相应连接部件变形，这将会导致光学反射镜的面形超差，导致光学系统成像质量劣化。因此需要使空间相机反射镜的支撑结构具有良好的刚度和温度适应性，能够减少外界环境变化对面形产生的影响。这就需要提供一种刚度高、环境适应性好、易装配的新型空间相机反射镜柔性支撑结构。
当前，空间反射镜大多采用柔性结构来提高反射镜组件对温度和复杂力学环境的适应性。与本发明最为接近的已有技术，是中国科学院长春光机所谭进国等人发表在《红外与激光工程上》的，一篇名为“小型反射镜中心支撑技术”的文章中所提到的，一种采用中心支撑的柔性支撑结构，该支撑结构分三部分：上部分设计成圆环状，与反射镜背部中心孔粘接；中部为柔性铰链结构；下部与三角板连接，进行支撑。这种中心支撑的柔性结构的缺点在于：a)支撑结构的上部与反射镜中心孔为四周环带全粘胶，由于粘胶面积大，这将带来很大的粘接应力，使反射镜的面形变差；b)反射镜与支撑结构进行粘接时缺乏轴向和径向定位，这将使装配变得困难，并且安装精度不高；c)轴向的刚度较差，由于轻量化和柔性结构都在支撑结构的中间部位，从而使轴向刚度很难保证。
发明内容
本发明为解决现有反射镜支撑结构存在与反射镜粘胶面积大，导致反射镜面形变差，并且存在反射镜与支撑结构进行粘接时轴向和径向定位差，导致安装精度低等问题，提供一种空间相机反射镜中心支撑装置。
空间相机反射镜中心支撑装置，包括柔性支撑结构，所述柔性支撑结构通过机械加工方式直接获得；所述柔性支撑结构包括支撑结构和沿所述支撑结构周向均布的三个柔性结构，在所述的支撑结构上设有芯轴和上底面凸台、注胶槽和溢胶槽；在所述芯轴的周向均布多条注胶槽，且注胶槽底部设有溢胶槽；反射镜内环套在芯轴外环上且反射镜底部与上底面凸台接触，所述反射镜内环与芯轴外环的之间留有缝隙；所述支撑结构下底面的高度高于柔性结构下底面的高度；
在每个柔性结构的上底面设有第一柔性环节和轴向柔性环节，在每个柔性结构的下底面设有第二柔性环节；所述第一柔性环节和第二柔性环节上下对称设置，在每个柔性环节与支撑结构连接处开有轴向柔性环节，所述轴向柔性环节左右对称设置。
本发明的工作原理：本发明中所述的柔性支撑结构具有三个柔性结构，每一个柔性结构又分别有三个柔性环节：第一柔性环节、第二柔性环节和轴向柔性环节；第一柔性环节和第二柔性环节是同时起作用的，它们等效为一个一端固支中心负载的悬臂梁结构，具有沿径向的形变自由度，通过自身的弹性形变，来抵消反射镜所受的轴向力；轴向柔性环节14通过自身的弹性形变抵消反射镜所受的扭转力；空间相机机身受到作用力和变形通过螺纹孔传到反射镜时，会被轴向柔性环节、第一柔性环节9和第二柔性环节15消除，不会传递到反射镜上；反射镜由于受到温度重力等因素影响产生的作用力也可以通过轴向柔性环节、第一柔性环节和第二柔性环节得到有效的消除。反射镜在装配时，底面凸台对反射镜1起到轴向定位的作用，在反射镜内环与芯轴外环之间插入0.08mm的塞尺，对反射镜起到径向定位的作用，本发明使得装配变得方便，简单可靠；注胶槽共六条，且均布在圆周，相比于环带全粘胶而言，由于粘胶面积较小、粘胶更均匀，将会产生较小的粘接应力，减小对反射镜面形的影响；六条注胶槽的设计使得粘胶剂能充分的接触空气，对于本发明所用的RTVD04硅橡胶而言，能加速胶层的固化，提高工程进度。
本发明的积极效果：本发明所述的反射镜中心支撑装置，在满足结构动态与静态刚度要求的前提下，提高空间相机反射镜的刚度和环境适应性，进而更好地保证反射镜的面形。除此之外，还能减小装配过程中产生的装配应力以及装配难度，本发明所提出的反射镜柔性支撑结构，在对反射镜精确定位安装的同时，通过六条胶槽的设计，使得粘接应力变小，从而减小装配对反射镜面形的影响。另外通过设计多处径向与轴向的柔性环节，在保证动态与静态结构刚度的同时，能够有效消除空间相机机身受力和变形对反射镜的影响，减小温度变化、重力等因素对反射镜面形的影响，具有刚度高、环境适应性好、易装配等优点。
附图说明
图1为本发明所述的空间相机反射镜中心支撑装置的总体剖视图；
图2为图1中Ⅰ位置的局部放大图；
图3为图1中Ⅱ位置的局部的放大图；
图4为本发明所述的空间相机反射镜中心支撑装置中柔性支撑结构的正等侧图；
图5为本发明所述的空间相机反射镜中心支撑装置中柔性支撑结构的底部设有轻量化结构的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图5说明本实施方式，空间相机反射镜中心支撑装置，包括柔性支撑结构，所述柔性支撑结构通过机械加工方式直接获得；所述柔性支撑结构2包括支撑结构和沿所述支撑结构周向均布的三个柔性结构，在所述的支撑结构上设有芯轴11和上底面凸台13、注胶槽12和溢胶槽6；便于安装时溢出的胶流入，避免胶流入反射镜底部4；在所述芯轴11的周向均布多条注胶槽12，且注胶槽12底部设有溢胶槽6；反射镜内环3套在芯轴外环5上且反射镜底部4与上底面凸台13接触，所述上底面凸台13有三处，每一处的圆心角为60°，绕圆周均布，上底面凸台13有很高的加工精度，安装反射镜1时可以将其当作水平基准，以此保证反射镜安装的水平度。所述反射镜内环3与芯轴外环5的之间留有缝隙；所述支撑结构下底面7的高度高于柔性结构下底面8的高度；在每个柔性结构的上底面设有第一柔性环节9和轴向柔性环节14，在每个柔性结构的下底面设有第二柔性环节15；所述第一柔性环节9和第二柔性环节15上下对称设置，在每个柔性环节与支撑结构连接处开有轴向柔性环节14，所述轴向柔性环节14左右对称设置。
本实施方式中所述的轴向柔性环节14对支撑结构和柔性结构起到连接作用；螺纹孔10将固定柔性支撑结构2，为了保证在固定柔性支撑结构后，第一柔性环节9和第二柔性环节15能够起作用，特意在设计时将支撑结构下底面7切去了0.5mm的厚度，使得其与柔性结构下底面8不等高，结合图3；支撑结构底部的轻量化结构16的分布如图5所示，它是经过拓扑优化得出的，对整体结构刚度的影响很小，但是减轻了结构的重量。
本实施方式采用的是芯轴中心支撑的方式，柔性支撑结构2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。反射镜1和柔性支撑结构2在装配时，是采用RTVD04硅橡胶进行粘接固定的，根据设计好的六条注胶槽12的尺寸以及反射镜内环3和芯轴外环5之间的间隙，计算出每条胶槽的用胶量，将粘胶剂均匀的涂在注胶槽12内，然后将反射镜内环3套在芯轴外环5上，使反射镜底部4轻轻的搁置在上底面凸台13上，这样就对反射镜进行了轴向定位，紧接着在反射镜内环3与芯轴外环5之间的缝隙中插入3根沿圆周120°均布的塞尺，塞尺的厚度与间隙大小一致，这样就对反射镜进行了径向定位，放置一小时后，轻轻的抽出塞尺。最后，将粘接好的组件在合适的环境中放置七天待固化完毕。
本实施方式所述的反射镜1采用的是微晶玻璃材料，口径为柔性支撑结构采用的铟钢材料，与微晶玻璃具有相近的热膨胀系数，能够有效地减小温度变化对反射镜面形的影响，所采用的粘胶剂为RTV D04硅橡胶。
Claims (6)
1.空间相机反射镜中心支撑装置，包括柔性支撑结构，所述柔性支撑结构通过机械加工方式直接获得；其特征是，所述柔性支撑结构(2)包括支撑结构和沿所述支撑结构周向均布的三个柔性结构，在所述的支撑结构上设有芯轴(11)和上底面凸台(13)、注胶槽(12)和溢胶槽(6)；在所述芯轴(11)的周向均布多条注胶槽(12)，且注胶槽(12)底部设有溢胶槽(6)；反射镜内环(3)套在芯轴外环(5)上且反射镜底部(4)与上底面凸台(13)接触，所述反射镜内环(3)与芯轴外环(5)的之间留有缝隙；所述支撑结构下底面(7)的高度高于柔性结构下底面(8)的高度；
在每个柔性结构的上底面设有第一柔性环节(9)，在每个柔性结构的下底面设有第二柔性环节(15)；所述第一柔性环节(9)和第二柔性环节(15)上下对称设置，在每个柔性结构与支撑结构连接处开有轴向柔性环节(14)，所述轴向柔性环节(14)左右对称设置。
2.根据权利要求1所述的空间相机反射镜中心支撑装置，其特征在于，所述芯轴(11)的周向均布六条注胶槽(12)。
3.根据权利要求1所述的空间相机反射镜中心支撑装置，其特征在于，所述的反射镜内环(3)与芯轴外环(5)同轴，且两者之间的缝隙为0.08mm。
4.根据权利要求1所述的空间相机反射镜中心支撑装置，其特征在于，所述支撑结构下底面(7)的高度与柔性结构下底面(8)的高度相差0.5mm。
5.根据权利要求1或4所述的空间相机反射镜中心支撑装置，其特征在于，在所述支撑结构的下底面(7)设有轻量化结构(16)。
6.根据权利要求1所述的空间相机反射镜中心支撑装置，其特征在于，所述每个柔性结构的上底面上设有螺纹孔(10)，用于将支撑装置与其它设备连接。
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