CN105253315A - 中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构 - Google Patents

中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构 Download PDF

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解鹏
金光
杨林
谢晓光
张雷
席佳利
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中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，属于航空航天技术领域，目的在于解决现有技术存在的中小型离轴空间相机支撑结构不能满足光学系统要求的问题。本发明的折叠镜安装基板和次镜安装基板分别通过折叠镜桁架组件和次镜桁架组件与主三镜安装基板定位连接；折叠镜桁架组件包括六根桁架杆、上接头和下接头；六根桁架杆上端通过上接头与折叠镜安装基板定位连接，下端通过下接头与主三镜安装基板定位连接；折叠镜桁架组件俯视呈“C”形布局；次镜桁架组件包括六根桁架杆、上接头和下接头；六根桁架杆上端通过上接头与次镜安装基板定位连接，下端通过下接头与主三镜安装基板定位连接；次镜桁架组件俯视呈“非”形布局。

Description

中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种用于中小型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构。
背景技术
现有技术中，离轴三反空间相机一般采用框架式主支撑结构和桁架式主支撑结构；框架式主支撑结构比刚度低，加工工艺要求高。桁架式主支撑结构采用灵活组装元件方法，降低了制造加工难度，同时克服了框架式结构比刚度低的缺点，已成为发展较快的一种空间结构形式。另外，采用金属合金材料的桁架结构在重量控制和加工方面难度都很大，碳纤维材料由于具有比刚度、比强度高，热膨胀系数小的特点，在空间相机主支撑结构设计中得到了广泛地应用。
“光电工程”期刊2014年12月第41卷第12期公开了一篇名称为大型离轴空间相机桁架支撑结构的设计的技术方案；该结构通过设计中间安装基板，使用双层桁架结构来缩短单杆的长度，在提高支杆一阶频率的同时增大了桁架杆的布置空间，对大型离轴三反光机系统很适用。与大型离轴空间相机主支撑结构不同，在中小型离轴空间相机桁架式主支撑结构设计过程中支杆一般不再是结构的薄弱环节。中小型离轴空间相机桁架式主支撑结构结构紧凑，桁架杆布置空间狭小，结构件加工装调难度较大，往往不仅需要固定次镜组件，而且需要固定折叠镜组件，同时需要避免主支撑结构遮拦光线，并满足系统严格的精度和质量要求。中小型离轴三反光机系统桁架式主支撑结构设计难度较大，已公开的大型离轴空间相机桁架支撑结构不能满足该类光学系统的要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，解决现有技术存在的中小型离轴空间相机支撑结构不能满足光学系统要求的问题。
为实现上述目的，本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构包括主三镜安装基板、折叠镜安装基板、次镜安装基板、折叠镜桁架组件和次镜桁架组件；
所述折叠镜安装基板和次镜安装基板分别通过折叠镜桁架组件和次镜桁架组件与所述主三镜安装基板定位连接；
所述折叠镜桁架组件包括六根桁架杆、上接头和下接头；六根桁架杆上端通过上接头与所述折叠镜安装基板定位连接，下端通过下接头与所述主三镜安装基板定位连接；所述折叠镜桁架组件俯视呈“C”形布局；
所述次镜桁架组件包括六根桁架杆、上接头和下接头；六根桁架杆上端通过上接头与所述次镜安装基板定位连接，下端通过下接头与所述主三镜安装基板定位连接；所述次镜桁架组件俯视呈“非”形布局。
所述折叠镜桁架组件的六根桁架杆上端通过三个上接头与折叠镜安装基板下端面固定连接，折叠镜通过柔性结构与折叠镜安装基板上端面固定连接，三个上接头在折叠镜安装基板下端面的固定位置与柔性结构在折叠镜安装基板上端面的固定位置相对应，相邻两根桁架杆共用一个上接头；所述六根桁架杆下端通过四个下接头与所述主三镜安装基板定位连接，中间的四根桁架杆中相邻的两个共用一个下接头。
折叠镜桁架组件中，同一个上接头处的两根桁架杆组成的平面与所述主三镜安装基板表面垂直，不同上接头处的桁架杆组成的平面彼此之间平行或垂直。
折叠镜桁架组件中共用同一上接头的两个桁架杆关于该上接头对称面对称；六根桁架杆整体对称分布。
所述折叠镜安装基板在与上接头连接处对应位置设置有沉头孔。
所述次镜桁架组件的六个下接头成两排在主三镜安装基板上对称分布，六个下接头分别与一个桁架杆下端连接，每排下接头中两端的两个下接头共用一个上接头与所述次镜安装基板定位连接，两排下接头中中间的两个下接头共用一个上接头与所述次镜安装基板定位连接。
次镜桁架组件中，同一个上接头处的两根桁架杆关于该上接头的对称面对称；六根桁架杆整体对称分布。
上接头或下接头设计有与所在侧面呈90°的圆柱形法兰接口。
所述桁架杆与上接头或下接头的圆柱形法兰接口之间采用胶接方式连接。
所述桁架杆为碳纤维空心圆柱杆。
本发明的有益效果为：本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构在整体结构上采用了碳纤维复合材料桁架杆结合钛合金安装基板。次镜桁架组件通过上接头与次镜安装基板定位连接，折叠镜桁架组件通过上接头与折叠镜安装基板定位连接，主镜和三镜分别通过柔性结构与主三镜安装基板定位连接。相机次镜安装基板和折叠镜安装基板分别通过次镜桁架组件和折叠镜桁架组件与主三镜安装基板定位连接。次镜组件支撑结构中，六根桁架杆通过三个上接头与次镜安装基板下端面固定连接，三个上接头在次镜安装基板下端面的固定位置与柔性结构在次镜安装基板上端面的安装位置相对应。折叠镜组件支撑结构中，六根桁架杆通过三个上接头与折叠镜安装基板下端面固定连接，三个上接头在折叠镜安装基板下端面的固定位置与柔性结构在折叠镜安装基板上端面的安装位置相对应。
本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构对次镜安装基板和折叠镜安装基板进行了高精度固定。将次镜安装基板和折叠镜安装基板分别通过次镜桁架组件和折叠镜桁架组件与主三镜安装基板定位连接，可以避免次镜和折叠镜间误差的耦合，同时降低结构的装调难度。该相机主支撑结构结构紧凑，狭小空间内桁架杆布局合理，满足了系统的遮拦比要求。此外，碳纤维桁架式结构的使用大大降低了相机主支撑结构的重量。该空间相机主支撑结构加工难度低，刚度、精度高，质量轻，有利于桁架式主支撑结构在中小型离轴三反相机中的应用。
附图说明
图1为本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构示意图；
图2为本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构俯视图；
图3为本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构的折叠镜桁架组件结构示意图；
图4为本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构的折叠镜安装基板结构示意图；
图5为本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构的上接头结构示意图；
图6为本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构的桁架杆结构示意图；
图7为本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构的桁架杆和上接头套接结构示意图；
其中：1、主三镜安装基板，2、折叠镜桁架组件下接头A，3、折叠镜桁架组件下接头B，4、折叠镜桁架组件桁架杆AⅠ，5、折叠镜桁架组件桁架杆BⅠ，6、折叠镜桁架组件桁架杆AⅡ，7、折叠镜桁架组件上接头B，8、折叠镜桁架组件上接头AⅠ，9、折叠镜安装基板，10、次镜桁架组件上接头B，11、次镜桁架组件上接头AⅠ，12、次镜安装基板，13、次镜桁架组件上接头AⅡ，14、折叠镜桁架组件上接头AⅡ，15、折叠镜桁架组件桁架杆AⅢ，16、折叠镜桁架组件桁架杆AⅣ，17、折叠镜桁架组件桁架杆BⅡ，18、折叠镜桁架组件下接头C，19、折叠镜桁架组件下接头D，20、次镜桁架组件下接头AⅠ，21、次镜桁架组件桁架杆AⅠ，22、次镜桁架组件下接头C，23、次镜桁架组件桁架杆BⅠ，24、次镜桁架组件下接头BⅠ，25、次镜桁架组件桁架杆AⅡ，26、次镜桁架组件下接头AⅡ，27、次镜桁架组件桁架杆AⅢ，28、次镜桁架组件下接头D，29、次镜桁架组件桁架杆BⅡ，30、次镜桁架组件下接头BⅡ，31、次镜桁架组件桁架杆AⅣ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构包括主三镜安装基板1、折叠镜安装基板9、次镜安装基板12、折叠镜桁架组件和次镜桁架组件；
所述折叠镜安装基板9和次镜安装基板12分别通过折叠镜桁架组件和次镜桁架组件与所述主三镜安装基板1定位连接；
所述折叠镜桁架组件包括六根桁架杆、上接头和下接头；六根桁架杆上端通过上接头与所述折叠镜安装基板9定位连接，下端通过下接头与所述主三镜安装基板1定位连接；所述折叠镜桁架组件俯视呈“C”形布局；
所述次镜桁架组件包括六根桁架杆、上接头和下接头；六根桁架杆上端通过上接头与所述次镜安装基板12定位连接，下端通过下接头与所述主三镜安装基板1定位连接；所述次镜桁架组件俯视呈“非”形布局。
所述折叠镜桁架组件的六根桁架杆上端通过三个上接头与折叠镜安装基板9下端面固定连接，折叠镜通过柔性结构与折叠镜安装基板9上端面固定连接，柔性结构通过折叠镜组件垫片与所述折叠镜安装基板9固定连接，三个上接头在折叠镜安装基板9下端面的固定位置与柔性结构在折叠镜安装基板9上端面的固定位置相对应，相邻两根桁架杆共用一个上接头；所述六根桁架杆下端通过四个下接头与所述主三镜安装基板1定位连接，中间的四根桁架杆相邻的两个共用一个下接头。
折叠镜桁架组件中，同一个上接头处的两根桁架杆组成的平面与所述主三镜安装基板1表面垂直，不同上接头处的桁架杆组成的平面彼此之间平行或垂直。
折叠镜桁架组件中共用同一上接头的两个桁架杆关于该上接头对称面对称；六根桁架杆整体对称分布。
所述折叠镜安装基板9在与上接头连接位置处对应位置设置有沉头孔；将折叠镜组件垫片的安装位置和折叠镜桁架组件中的上接头安装位置在空间上分离开。
所述次镜桁架组件的六个下接头成两排在主三镜安装基板1上对称分布，六个下接头分别与一个桁架杆下端连接，每排下接头中两端的两个下接头共用一个上接头与所述次镜安装基板12定位连接，两排下接头中中间的两个下接头共用一个上接头与所述次镜安装基板12定位连接。
次镜桁架组件中，同一个上接头处的两根桁架杆关于该上接头的对称面对称；六根桁架杆整体对称分布。
参见附图5，上接头或下接头设计有与所在侧面呈90°的圆柱形法兰接口。
参见附图7，所述桁架杆与上接头或下接头的圆柱形法兰接口之间采用胶接方式连接。
参见附图6，所述桁架杆为碳纤维空心圆柱杆。
主三镜安装基板1、折叠镜安装基板9、次镜安装基板12、上接头和下接头均采用钛合金材料。
实施例一：
参见附图1、附图2、附图3和附图4，折叠镜桁架组件中，折叠镜桁架组件桁架杆AⅠ4、折叠镜桁架组件桁架杆AⅡ6、折叠镜桁架组件桁架杆AⅢ15、折叠镜桁架组件桁架杆AⅣ16、折叠镜桁架组件桁架杆BⅠ5和折叠镜桁架组件桁架杆BⅡ17通过折叠镜桁架组件上接头AⅠ8、折叠镜桁架组件上接头AⅡ14和折叠镜桁架组件上接头B7对折叠镜安装基板9上柔性结构安装位置处进行支撑，其中折叠镜桁架组件桁架杆AⅠ4和折叠镜桁架组件桁架杆AⅡ6通过折叠镜桁架组件上接头AⅠ8连接，并关于折叠镜桁架组件上接头AⅠ8的对称面对称；折叠镜桁架组件桁架杆AⅢ15和折叠镜桁架组件桁架杆AⅣ16通过折叠镜桁架组件上接头AⅡ14连接，并关于折叠镜桁架组件上接头AⅡ14的对称面对称；折叠镜桁架组件桁架杆BⅠ5和折叠镜桁架组件桁架杆BⅡ17通过折叠镜桁架组件上接头B7连接，并关于折叠镜桁架组件上接头B7对称。
折叠镜桁架组件桁架杆AⅠ4和折叠镜桁架组件桁架杆BⅠ5下端通过折叠镜桁架组件下接头B3连接；折叠镜桁架组件桁架杆AⅣ16和折叠镜桁架组件桁架杆BⅡ17下端通过折叠镜桁架组件下接头D19连接；折叠镜桁架组件桁架杆AⅡ6和折叠镜桁架组件桁架杆AⅢ15下端分别通过折叠镜桁架组件下接头A2和折叠镜桁架组件下接头C18与主三镜安装基板1连接。折叠镜桁架组件桁架杆AⅠ4、折叠镜桁架组件桁架杆AⅡ6、折叠镜桁架组件桁架杆AⅢ15、折叠镜桁架组件桁架杆AⅣ16、折叠镜桁架组件桁架杆BⅠ5和折叠镜桁架组件桁架杆BⅡ17关于折叠镜桁架组件上接头B7的对称面对称。
折叠镜桁架组件中，折叠镜桁架组件桁架杆AⅠ4和折叠镜桁架组件桁架杆AⅡ6所在平面与折叠镜桁架组件桁架杆BⅠ5和折叠镜桁架组件桁架杆BⅡ17所在平面垂直，折叠镜桁架组件桁架杆AⅠ4和折叠镜桁架组件桁架杆AⅡ6所在平面与折叠镜桁架组件桁架杆AⅢ15和折叠镜桁架组件桁架杆AⅣ16所在平面平行；折叠镜桁架组件桁架杆AⅠ4和折叠镜桁架组件桁架杆AⅡ6所在平面、折叠镜桁架组件桁架杆BⅠ5和折叠镜桁架组件桁架杆BⅡ17所在平面与桁架杆折叠镜桁架组件桁架杆AⅢ15和折叠镜桁架组件桁架杆AⅣ16所在平面均与主三镜安装基板1表面垂直。
折叠镜桁架组件下接头A2、折叠镜桁架组件下接头B3、折叠镜桁架组件下接头C18和折叠镜桁架组件下接头D19通过内六角螺钉及销钉与主三镜安装基板1定位连接，折叠镜桁架组件上接头B7、折叠镜桁架组件上接头AⅠ8和折叠镜桁架组件上接头AⅡ14通过内六角螺钉及销钉与折叠镜安装基板9定位连接。
次镜桁架组件中，次镜桁架组件桁架杆AⅠ21、次镜桁架组件桁架杆AⅡ25、次镜桁架组件桁架杆AⅢ27、次镜桁架组件桁架杆AⅣ31、次镜桁架组件桁架杆BⅠ23和次镜桁架组件桁架杆BⅡ29通过次镜桁架组件上接头B10、次镜桁架组件上接头AⅠ11和次镜桁架组件上接头AⅡ13对次镜安装基板12上柔性结构安装位置处进行支撑，其中，次镜桁架组件桁架杆AⅠ21和次镜桁架组件桁架杆AⅡ25通过次镜桁架组件上接头AⅠ11连接，并关于次镜桁架组件上接头AⅠ11对称面对称；次镜桁架组件桁架杆AⅢ27和次镜桁架组件桁架杆AⅣ31通过次镜桁架组件上接头AⅡ13连接，并关于次镜桁架组件上接头AⅡ13的对称面对称；次镜桁架组件桁架杆BⅠ23和次镜桁架组件桁架杆BⅡ29通过次镜桁架组件上接头B10连接，并关于次镜桁架组件上接头B10的对称面对称；次镜桁架组件桁架杆AⅠ21、次镜桁架组件桁架杆AⅡ25、次镜桁架组件桁架杆AⅢ27、次镜桁架组件桁架杆AⅣ31、次镜桁架组件桁架杆BⅠ23和次镜桁架组件桁架杆BⅡ29关于次镜桁架组件上接头B10的对称面对称。
次镜桁架组件桁架杆AⅠ21、次镜桁架组件桁架杆AⅡ25、次镜桁架组件桁架杆AⅢ27、次镜桁架组件桁架杆AⅣ31、次镜桁架组件桁架杆BⅠ23和次镜桁架组件桁架杆BⅡ29分别通过次镜桁架组件下接头AⅠ20、次镜桁架组件下接头BⅠ24、次镜桁架组件下接头AⅡ26、次镜桁架组件下接头BⅡ30、次镜桁架组件下接头C22和次镜桁架组件下接头D28与主三镜安装基板1连接。
次镜桁架组件下接头AⅠ20、次镜桁架组件下接头C22、次镜桁架组件下接头BⅠ24、次镜桁架组件下接头AⅡ26、次镜桁架组件下接头D28和次镜桁架组件下接头BⅡ30通过内六角螺钉及销钉与主三镜安装基板1定位连接，次镜桁架组件上接头B10、次镜桁架组件上接头AⅠ11和次镜桁架组件上接头AⅡ13通过内六角螺钉及销钉与次镜安装基板12定位连接。
次镜桁架组件下接头AⅠ20、次镜桁架组件下接头C22和次镜桁架组件下接头BⅠ24与次镜桁架组件下接头AⅡ26、次镜桁架组件下接头D28和次镜桁架组件下接头BⅡ30分为两排平行设置，其中次镜桁架组件下接头C22和次镜桁架组件下接头D28分别位于两排的中间。

Claims (10)

1.中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，包括主三镜安装基板(1)、次镜安装基板(12)和次镜桁架组件，其特征在于，还包括折叠镜安装基板(9)和折叠镜桁架组件；
所述折叠镜安装基板(9)和次镜安装基板(12)分别通过折叠镜桁架组件和次镜桁架组件与所述主三镜安装基板(1)定位连接；
所述折叠镜桁架组件包括六根桁架杆、上接头和下接头；六根桁架杆上端通过上接头与所述折叠镜安装基板(9)定位连接，下端通过下接头与所述主三镜安装基板(1)定位连接；所述折叠镜桁架组件俯视呈“C”形布局；
所述次镜桁架组件包括六根桁架杆、上接头和下接头；六根桁架杆上端通过上接头与所述次镜安装基板(12)定位连接，下端通过下接头与所述主三镜安装基板(1)定位连接；所述次镜桁架组件俯视呈“非”形布局。
2.根据权利要求1所述的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，所述折叠镜桁架组件的六根桁架杆上端通过三个上接头与折叠镜安装基板(9)下端面固定连接，折叠镜通过柔性结构与折叠镜安装基板(9)上端面固定连接，三个上接头在折叠镜安装基板(9)下端面的固定位置与柔性结构在折叠镜安装基板(9)上端面的固定位置相对应，相邻两根桁架杆共用一个上接头；所述六根桁架杆下端通过四个下接头与所述主三镜安装基板(1)定位连接，中间的四根桁架杆中相邻的两个共用一个下接头。
3.根据权利要求2所述的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，折叠镜桁架组件中，同一个上接头处的两根桁架杆组成的平面与所述主三镜安装基板(1)表面垂直，不同上接头处的桁架杆组成的平面彼此之间平行或垂直。
4.根据权利要求2所述的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，折叠镜桁架组件中共用同一上接头的两个桁架杆关于该上接头对称面对称；六根桁架杆整体对称分布。
5.根据权利要求2所述的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，所述折叠镜安装基板(9)在与上接头连接处对应位置设置有沉头孔。
6.根据权利要求1所述的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，所述次镜桁架组件的六个下接头成两排在主三镜安装基板(1)上对称分布，六个下接头分别与一个桁架杆下端连接，每排下接头中两端的两个下接头共用一个上接头与所述次镜安装基板(12)定位连接，两排下接头中中间的两个下接头共用一个上接头与所述次镜安装基板(12)定位连接。
7.根据权利要求6所述的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，次镜桁架组件中，同一个上接头处的两根桁架杆关于该上接头的对称面对称；六根桁架杆整体对称分布。
8.根据权利要求2或6所述的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，上接头或下接头设计有与所在侧面呈90°的圆柱形法兰接口。
9.根据权利要求8所述的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，所述桁架杆与上接头或下接头的圆柱形法兰接口之间采用胶接方式连接。
10.根据权利要求1所述的中小型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，所述桁架杆为碳纤维空心圆柱杆。
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