CN105425513B - 用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空间探测器上的全景相机和可自由运动的转台相连接技术领域，具体地说是一种用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构。包括接口板本体、中间法兰埋件及棱镜座埋件，其中接口板本体的中间部分设有中间法兰埋件，所述接口板本体的顶部设有棱镜座埋件，所述接口板本体的两侧可分别安装一个全景相机，所述中间法兰埋件用于与转台相连接，所述棱镜座埋件用于与棱镜相连接。本发明结构质量轻、刚度高，具有隔热绝缘性能，能适应于对全景相机和转台组件的连接，并且其上面有棱镜接口，可以对整个设备进行标定和定位。
Description
技术领域
本发明属于空间探测器上的全景相机和可自由运动的转台相连接技术领域，具体地说是一种用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构。
背景技术
全景相机和转台作为一套独立的空间有效载荷，主要安装于不同类型和不同应用背景的空间探测器上，例如月球探测器、火星探测器以及深空探测器等等。而相机接口板作为这两部分的主要连接部件，它起到承载、支撑和减振的作用，并且还要满足相应的接口功能和特殊需求，确保探测任务的顺利实施。而由于火箭在发射、飞行和在轨期间将会产生剧烈的冲击振动、热真空和热辐射，相机板的刚度强度、抗热性和抗振性将会对相机的自身性能产生重要的影响，严重情况下会导致相机失效。
在探测器飞向星球或朝向更远的外太空飞行过程中，空间的非结构化环境，例如：剧烈振动、深冷、高温、真空和太阳辐射等要素都会对探测器本体及其上面的有效载荷造成威胁。因此，为了实现全景相机转台这一有效载荷在发射阶段的可靠锁紧以及在轨展开状态下能够顺利实现全景观察并不会与自身其他部件发生干涉，需要对其结构样式和外部接口进行合理设计。为了进一步减轻结构的重量，增强其抗振和抗热性能，需要对相机板材料的选用，材料的分布，各部位的几何尺寸等都需要进行合理的优化设计。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构。该接口板结构质量轻、刚度高，具有隔热绝缘性能，能适应于对全景相机和转台组件的连接，并且其上面有棱镜接口，可以对整个设备进行标定和定位。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，包括接口板本体、中间法兰埋件及棱镜座埋件，其中接口板本体的中间部分设有中间法兰埋件，所述中间法兰埋件用于与转台相连接，所述接口板本体的顶部设有棱镜座埋件，所述棱镜座埋件用于与棱镜相连接，所述接口板本体的两侧可分别安装一个全景相机。
所述接口板本体包括转台连接座及两个侧翼，其中两个侧翼对称设置于转台连接座的两侧，所述转台连接座上设有法兰穿过孔及分布于该法兰穿过孔周围的多个法兰安装孔，所述侧翼上设有相机穿过孔及分布于该相机穿过孔周围的多个相机安装孔，所述接口板本体的顶部设有多个棱镜座埋件安装孔。
各相机安装孔内均设有衬套埋件，所述衬套埋件的截面为中间通透的“工”字型。
两个所述侧翼与所述转台连接座之间均通过斜面过渡连接，所述侧翼与斜面上均设有多个减重孔。两个所述侧翼向内侧倾斜。各侧翼的两侧均设有与所述转台连接座连接的斜拉筋。
所述接口板本体采用碳纤维铺层模压而成，并且所述接口板本体的外表面采用碳布包边。
所述中间法兰埋件的两端分别为接口板本体连接端和转台连接端，其中接口板本体连接端上沿周向设有多个分别与所述法兰安装孔相对应的接口板连接通孔，所述转台连接端插设于所述转台连接座上的法兰穿过孔内，所述转台连接端的端面上沿周向设有多个转台安装孔，所述转台连接端上还对称设有用于连接火工品的两个螺纹孔。
所述转台连接端为阶梯轴，所述转台连接座上的法兰穿过孔为与所述阶梯轴配合的阶梯孔，所述转台连接端与所述转台连接座上的法兰穿过孔通过粘接方式连接。
所述棱镜座埋件为方形结构，该方形结构的一侧为与所述接口板本体接触的平面，另一侧四角设有凸起，各凸起上均设有棱镜安装孔。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明的几何构型一方面可以适应于全景相机和转台之间的安全可靠衔接，节省空间、结构紧凑。另一方面整体结构的抗力学和抗热学性能优良，能够有效减少对全景相机空间有效载荷的振动加速度和热量的传递。
2.本发明采用碳纤维铺层优化工艺一体模压成型而成，质量轻且刚度性能好。通过螺栓连接将中间法兰埋件紧紧地安装在纤维主结构上，显著提升整个结构的连接强度和整体刚性。
3.本发明设计有专用棱镜安装座，用于整个设备对自身作业状态的标定和校正，中间法兰埋件上设计有固定用螺纹孔，用于相机板和全景相机结构组件整体与转台之间进行锁紧和固定。
4.本发明主要用于空间探测器上的全景相机和可自由运动的转台相衔接，起到结构过渡和发射承载的功能，从而实现对星球表面或深空进行多角度和全方位观察的功能。
附图说明
图1为本发明的爆炸视图；
图2为本发明等轴测视图；
图3为本发明的主视图；
图4为本发明的侧视图；
图5为本发明的后视图；
图6为本发明中接口板本体的结构示意图；
图7为本发明中中间法兰埋件的结构示意图；
图8为本发明中棱镜座埋件的结构示意图。
其中：1为接口板本体，101为相机安装孔，102为侧翼，103为减重孔，104为相机穿过孔，105为斜拉筋，106斜面，107为转台连接座，108为法兰穿过孔，109为法兰安装孔，2为中间法兰埋件，201为接口板连接通孔，202为接口板本体连接端，203为转台连接端，204为转台安装孔，205为螺纹孔，3为两侧衬套埋件，4为棱镜座埋件，401为凸起，402为棱镜安装孔，5为连接螺钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～5所示，本发明提供的一种用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，包括接口板本体1、中间法兰埋件2及棱镜座埋件4，其中接口板本体1的中间部分设有中间法兰埋件2，所述中间法兰埋件2用于与转台相连接，所述接口板本体1的顶部设有棱镜座埋件4，所述棱镜座埋件4用于与棱镜相连接，所述接口板本体1的两侧可分别安装一个全景相机。
如图6所示，所述接口板本体1包括转台连接座107及两个侧翼102，其中两个侧翼102对称设置于转台连接座107的两侧，所述转台连接座107上设有法兰穿过孔108及分布于该法兰穿过孔108周围的多个法兰安装孔109。所述侧翼102上设有相机穿过孔104及分布于该相机穿过孔104周围的多个相机安装孔101。所述相机穿过孔104防止相机镜头与接口板本体1发生干涉，各相机安装孔101内均设有衬套埋件3，所述衬套埋件3的截面为中间通透的“工”字型，该种“工”字型的埋件设计可以有效隔离全景相机和相机接口板之间的热量传递，并且起到全景相机对下级组件绝缘的作用。所述接口板本体1的顶部设有多个棱镜座埋件安装孔。
进一步地，两个所述侧翼102与所述转台连接座107之间均通过斜面106过渡连接，所述侧翼102与斜面106上均设有多个减重孔103，减重孔103为不规则形状的孔洞，用于在减轻结构质量的同时又能有效提高整体的动态性能。所述接口板本体1上所开设的减重孔103的形状、位置和大小均是通过不同发射工况下的多目标结构优化技术得到的，从而获得了既满足安装和使用要求又具有优良动力学性能的相机板结构。两个所述侧翼102向内侧倾斜，即向转台方向倾斜，以适应全景相机工作时的内扣角度要求。各侧翼102的两侧均设有与所述转台连接座107连接的斜拉筋105，所述斜拉筋105以增强整个板件的抗弯强度。
所述接口板本体1采用碳纤维铺层模压而成的阶梯状薄板件，并且所述接口板本体1的外表面采用碳布包边，一方面增强整体刚度，另一方面增强了后续机械加工的工艺性又兼具美观的效果。
所述接口板本体1按照多目标多约束的优化技术，包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化，建立克里金插值的近似模型，采用近似响应面的方法得到的整个结构的最终结构样式。它可以显著提升整个相机板的整体刚性和抗振性能。
如图7所示，所述中间法兰埋件2的两端分别为接口板本体连接端202和转台连接端203，其中接口板本体连接端202上沿周向设有多个分别与所述法兰安装孔109相对应的接口板连接通孔201，相对应的法兰安装孔109和接口板连接通孔201通过连接螺钉5连接。所述转台连接端203插设于所述转台连接座107上的法兰穿过孔108内，所述转台连接端203的端面上沿周向设有多个转台安装孔204。所述转台连接端203上还对称设有用于连接火工品的两个螺纹孔205，螺纹孔205是用来通过火工品将接口板本体1和全景相机组件与转台之间锁紧固定，使它们成为一体，以抵抗火箭发射阶段的载荷。
所述转台连接端203为阶梯轴，所述转台连接座107上的法兰穿过孔108为与所述阶梯轴配合的阶梯孔，所述转台连接端203与所述转台连接座107上的法兰穿过孔108通过粘接方式连接。
如图8所示，所述棱镜座埋件4为方形结构，该方形结构的一侧为与所述接口板本体1接触的平面，另一侧四角设有凸起401，各凸起401上均设有棱镜安装孔402，用于棱镜的安装和固定。
实施例
所述侧翼102上的相机穿过孔104周围均布有四个相机安装孔101，衬套埋件3采用合成树脂聚酰亚胺材料包裹于相机安装孔101的内侧壁和上下表面，该种材料具有绝缘和隔热的两重作用。每个全景相机通过四个螺栓穿过衬套埋件3与接口板本体1相连接，衬套埋件3的材料不仅能够绝缘而且还具有隔热的作用，防止转台和相机板上的热量向上传递给全景相机影响其成像。所有的衬套埋件3通过高强胶黏剂与接口板本体1相胶接，根据相似相容原理加上合理设计衬套埋件的尺寸，使得该部位的连接强度能够承受住火箭发射载荷的强烈振动。所述转台连接座107上的法兰穿过孔108周围均布四个法兰安装孔109。
所述中间法兰埋件2整体为矩形结构件，其材质为铝合金。所述接口板连接通孔201为四个、并分别设置于接口板本体连接端202的四角上，可以通过螺栓连接的方式将该中间法兰埋件2与接口板本体1之间牢牢地固定。此外，中间法兰埋件2与接口板本体1之间的结合面上是阶梯状，通过高强固化胶胶接的方式与纤维部分的阶梯状结构相连接。这样，通过采用螺接和胶接的连接方式确保了该中间法兰埋件2与接口板本体1之间的连接强度，确保火箭发射阶段能够经受住不同类型的振动和载荷传递。所述中间法兰埋件2的转台连接端203沿圆周均布有六个转台安装孔204，用于与转台下级组件的连接。转台连接端203正面圆周左右两侧布置有两个凸起，每个凸起面中间具有一个螺纹孔205，这两个螺纹孔205是相机组件(含接口板和全景相机)与转台之间进行发射状态锁定的接口。
所述棱镜座埋件4整体为正方形，其材质为铝合金。所述棱镜座埋件4的一侧是平面，用于与接口板本体1的顶面筋板相胶接。另一侧在四个角上有四个矩形凸起，每一个凸起平面上又有一个用于安装钢丝螺套的螺纹孔。这四个螺纹孔用来与立方镜相连接，通过光学棱镜可以起到对全景相机转台设备的位置坐标标定和校正的作用，用于精确定位以对星球表面或太空进行成像。在标定完成后即可拆卸下来，在正式发射状态就可以不用安装棱镜。
所述接口板本体1是采用高模量碳纤维和环氧树脂材料，通过铺层仿真优化技术获得到整个相机板结构本体的铺层数目、铺层序列和每一层的铺层角度，综合保证了整个板材的抗力学和抗热学性能。
本发明的整体结构质量轻、刚度高，具有隔热绝缘性能，能适应于对全景相机和转台组件的连接，并且其上面有棱镜接口，可以对整个设备进行标定和定位。此外，全景相机和转台通过专用的接口板相连接，接口板的材料选用、结构设计和制造工艺可以为全景相机提供一个坚实的支撑，同时又起到了减振和隔热的作用，使得整个载荷设备在发射阶段能够有效锁紧，而在轨期间又能有效展开来执行空间探测作业任务。
Claims (10)
1.一种用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，包括接口板本体(1)、中间法兰埋件(2)及棱镜座埋件(4)，其中接口板本体(1)的中间部分设有中间法兰埋件(2)，所述中间法兰埋件(2)用于与转台相连接，所述接口板本体(1)的顶部设有棱镜座埋件(4)，所述棱镜座埋件(4)用于与棱镜相连接，所述接口板本体(1)的两侧分别安装一个全景相机。
2.根据权利要求1所述的用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，所述接口板本体(1)包括转台连接座(107)及两个侧翼(102)，其中两个侧翼(102)对称设置于转台连接座(107)的两侧，所述转台连接座(107)上设有法兰穿过孔(108)及分布于该法兰穿过孔(108)周围的多个法兰安装孔(109)，所述侧翼(102)上设有相机穿过孔(104)及分布于该相机穿过孔(104)周围的多个相机安装孔(101)，所述接口板本体(1)的顶部设有多个棱镜座埋件安装孔。
3.根据权利要求2所述的用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，各相机安装孔(101)内均设有衬套埋件(3)，所述衬套埋件(3)的截面为中间通透的“工”字型。
4.根据权利要求2所述的用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，两个所述侧翼(102)与所述转台连接座(107)之间均通过斜面(106)过渡连接，所述侧翼(102)与斜面(106)上均设有多个减重孔(103)。
5.根据权利要求2-4任一项所述的用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，两个所述侧翼(102)向内侧倾斜，即向转台方向倾斜。
6.根据权利要求5所述的用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，各侧翼(102)的两侧均设有与所述转台连接座(107)连接的斜拉筋(105)。
7.根据权利要求2所述的用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，所述接口板本体(1)采用碳纤维铺层模压而成，并且所述接口板本体(1)的外表面采用碳布包边。
8.根据权利要求2所述的用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，所述中间法兰埋件(2)的两端分别为接口板本体连接端(202)和转台连接端(203)，其中接口板本体连接端(202)上沿周向设有多个分别与所述法兰安装孔(109)相对应的接口板连接通孔(201)，所述转台连接端(203)插设于所述转台连接座(107)上的法兰穿过孔(108)内，所述转台连接端(203)的端面上沿周向设有多个转台安装孔(204)，所述转台连接端(203)上还对称设有用于连接火工品的两个螺纹孔(205)。
9.根据权利要求8所述的用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，所述转台连接端(203)为阶梯轴，所述转台连接座(107)上的法兰穿过孔(108)为与所述阶梯轴配合的阶梯孔，所述转台连接端(203)与所述转台连接座(107)上的法兰穿过孔(108)通过粘接方式连接。
10.根据权利要求2所述的用于空间探测器上全景相机和转台相连接的接口板结构，其特征在于，所述棱镜座埋件(4)为方形结构，该方形结构的一侧为与所述接口板本体(1)接触的平面，另一侧四角设有凸起(401)，各凸起(401)上均设有棱镜安装孔(402)。
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