CN106394939A - 用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置及安装方法 - Google Patents

用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置及安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有光学设备精度和密封双重安装要求的航天器或载人登月舱，具体涉及一种真空密封装置。一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置，它包括：安装基座、弹性补偿器以及密封罩；安装基座分为连接筒A、连接筒B；连接筒B的最大端用于安装红外地球敏感器，最小端与连接筒A对接，在对接处设有非金属隔热垫；弹性补偿器套接在连接筒A的外部，随舱内压力波动进行弹性调整；每层弹性补偿器内部与连接筒A外壁之间设有一个抗外压失稳钢圈；密封罩为一端大一端小的缩口筒状结构，其侧壁设有安装法兰；密封罩套接在连接筒B的外部，并通过其小端与连接筒A一端的连接凸台密封连接。本发明顺利解决了无整流罩有密封要求的卫星舱外红外地球敏感器的安装问题。

Description

用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置及安装方法
技术领域
本发明涉及具有光学设备精度和密封双重安装要求的航天器或载人登月舱，具体涉及一种真空密封装置。
背景技术
实践十号科学实验卫星是专门用于“微重力科学和空间生命科学”空间实验研究的返回式卫星，采用两台红外地球敏感器获取卫星姿态信息进行在轨姿态捕捉和控制。红外地球敏感器是航天器姿态控制系统中广泛使用不可缺少的光电姿态敏感器，对精度要求高，其偏差一般控制在百分之一度的量级，才能满足姿态控制的精准要求，而除了红外地球敏感器自身精度外，为敏感器提供安装基座的装置的精度也是卫星得以实现姿态精准控制的关键因素之一。对于大多数无密封要求的低轨道或高轨道卫星如遥感卫星、资源卫星等，红外地球敏感器安装在结构板上，当整流罩抛离、卫星入轨后，敏感器的工作位置直接开敞暴露于外太空，工作环境不受舱压变化等载荷的干扰，容易获得良好的精度。而实践十号卫星的红外地球敏感器是安装在有密封要求的密封舱舱外，则需要考虑以下几个关键点：一是由于实践十号卫星发射时无整流罩，依靠星体外表面作为弹头发射升空，需保证卫星外表面尽可能无凸起物，因此需在密封舱的侧壁为红外地球敏感器设计单独的凹舱，既能为敏感器提供一个可靠的安装基座，又能与密封舱舱内环境隔离，保证敏感器安装后暴露在真空环境，且不影响密封舱的密封性能；二是密封舱在轨时内部留有型号任务所必须的大气压力，而舱内气体的温度冷热交变会使舱压产生波动变化，导致薄壁蒙皮结构的舱壁和凹舱随气压波动发生膨胀或收缩变形，影响红外地球敏感器工作精度。因此需要设计一种装置，既能实现与密封舱的密封隔离，保证密封舱的可靠密封，又能为红外地球敏感器提供牢固的安装基体，还能消除舱压变化带来的精度偏移。
发明内容
本发明的目的是：提供一种真空密封装置，既能满足在轨密封要求，又能消除舱压变化会导致的光学精度偏移。
本发明的技术方案是：一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置，它包括：安装基座、弹性补偿器以及密封罩；
安装基座由螺栓连接的连接筒A、连接筒B组成；连接筒A为两端设有连接凸台的圆筒结构，连接筒B为三级收缩的阶梯圆筒结构；连接筒B的最大端用于安装红外地球敏感器，最小端用于与连接筒A对接，在对接处设有非金属隔热垫；
弹性补偿器采用橡胶材料，具有多层结构，随舱内压力波动进行弹性调整；弹性补偿器套接在连接筒A的外部，与连接筒A两端的连接凸台密封连接；每层弹性补偿器内部与连接筒A外壁之间设有一个抗外压失稳钢圈；
密封罩为一端大一端小的缩口筒状结构，其侧壁设有安装法兰；密封罩套接在连接筒B的外部，并通过其小端与连接筒A一端的连接凸台密封连接。
本发明的另一个技术方案是：一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置的安装方法，它基于如上所述的一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置，包括以下步骤：
A.将密封罩焊接在密封舱舱壁预设的蒙皮翻边上，经过X光检测和焊缝气密检查，保证满足使用焊缝要求；
B.将连接筒A与密封舱的主梁进行舱外连接到位；将弹性补偿器套装到连接筒A上进行连接，并设置抗外压失稳钢圈，连接前需对接触面净化处理以确保密封；
C.将步骤B中安装完成的部件进行在密封舱内的组装；
D.调整并连接弹性补偿器和密封罩，连接前需对接触面净化处理以确保密封；
E.将连接筒B从密封舱舱壁的开放窗口处放入，并与连接筒A连接，连接处设有非金属隔热垫；
F.将红外地球敏感器从密封舱舱壁的开放窗口处放入，并安装到连接筒B上。
有益效果：(1)本发明采用密封罩实现舱内舱外环境的隔离，借助于弹性补偿器实现密封舱的密封和变形补偿功能，利用安装基座实现设备和补偿器的安装，顺利解决了无整流罩有密封要求的卫星舱外红外地球敏感器的安装问题；
(2)弹性补偿器有效地保证了红外地球敏感器这种有高精度要求设备的工作精度。卫星发射前在地面进行了密封舱舱体充压前后的精度测试，敏感器的轴线精度在舱压变化的两个极限位置区间内变化量始终控制在0.7′～1.7′的范围内，满足敏感器的正常工作指标要求，且远优于密封舱上其他无弹性补偿器设备安装后的实测精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明在密封舱内的安装示意图。
具体实施方式
实施例1，一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置，它包括：安装基座1、弹性补偿器2以及密封罩3；
安装基座1由通过螺栓7连接的连接筒A1-1和连接筒B1-2组成；连接筒A1-1为两端设有连接凸台的圆筒结构，连接筒B1-2为三级收缩的阶梯圆筒结构；连接筒B1-2的最大端用于安装红外地球敏感器12，最小端用于与连接筒A1-1对接；本例中连接筒A1-1的最大外径Ф160mm，与弹性补偿器2最大外径位置相匹配；连接筒A1-1最小外径Ф100mm，与连接筒B1-2相匹配。连接筒A1-1的一端通过连接件4与主梁9相连，另一端通过螺栓7与连接筒B1-2相连；由于连接筒A1-1需要适应与主梁9的连接、与弹性补偿器2的连接、与连接筒B1-2的连接，因此除协调与三者之间的连接关系外，还需依据飞行任务期不同工况的载荷对零件自身的强度刚度以及连接强度进行校核，以确定零件基本参数和连接点数量。连接筒B1-2最小外径Ф100mm，用于与连接筒A1-1相匹配，最大外径Ф244mm，以满足红外地球敏感器12的安装要求。安装基座1在密封舱10内的安装为悬臂结构，红外地球敏感器12安装在悬臂的最远端。此外由于实践十号所用的红外地球敏感器有严格的热控要求，舱内气体温度的高低温交变会影响成像精度，因此在连接筒A1-1、连接筒B1-2之间采用非金属隔热垫进行热传递的隔离。
弹性补偿器2选用丁腈橡胶做为主材料，具有多层结构，随舱内压力波动进行弹性调整，同时要满足实践十号卫星在轨空间环境的需要并保证舱体的可靠密封；弹性补偿器2套接在连接筒A1-1的外部，与连接筒A1-1两端的连接凸台密封连接，两端的连接凸台间距决定了弹性补偿器2的长度尺寸，进而确定弹性补偿器2的层数；在本例中，弹性补偿器2的总长为119mm，最小内径Ф120mm，最大外径(翻边)Ф160mm，壁厚不小于1.3mm，层数6层。由于补偿器在轨工作时受来自密封舱内部的大气压力所施加的外压，在外压下会产生失稳，因此在每层弹性补偿器2内部与连接筒A1-1外壁之间设有6个抗外压失稳钢圈2-1。
密封罩3为一端带有缩口的筒状结构，其外圆周面上根据任务需要焊接有电缆穿舱插座的安装法兰3-1，安装法兰3-1与密封罩3之间采用密封圈来保证密封；密封罩3套接在连接筒B1-2的外部，并通过其缩口端与连接筒A1-1一端的连接凸台密封连接；本例中，密封罩3采用2.5mm厚5A06铝板滚弯焊接成形，外径Ф285mm，用于与密封舱侧壁蒙皮预留的翻边孔进行对焊，用于满足红外地球敏感器12的安装和测试空间，并留有足够的观测视野；密封罩3缩口端外径Ф160mm，用于与弹性补偿器2连接，在满足结构强度刚度设计原则前提下尽可能小型化设计，目的是降低密封罩和舱体间的密封环节尺寸，提高密封可靠性。整个密封罩3与密封舱体隔离，其内部空间为直接对外的真空环境，借助于焊缝及补偿器的橡胶材质实现密封罩与密封舱之间的密封。
密封罩3作为密封舱10侧壁上独立存在的凹舱，在整个飞行试验过程中其外表面会受到来自密封舱舱内压力作用的外压，因此密封罩3设计完成后必须进行外压强度校核，并通过对密封舱10舱内注水开展水压试验，在密封罩3内表面用专用地面设备监控罩体受力后的应力变化和变形情况。本例所用密封罩3的构型和厚度可用于承受0.5～1大气压外压工况。
真空密封装置安装于设有主梁9的密封舱10内；在与主梁9相对面的密封舱10舱壁处设有开放窗口，窗口边缘预设蒙皮翻边；密封罩3的大端与窗口蒙皮翻边焊接，连接筒1-1与主梁9通过连接件4固定连接。
实施例2：一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置的安装方法，它基于实施例1所述的一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置，包括以下步骤：
A.将密封罩3焊接在密封舱10舱壁预设的蒙皮翻边上，经过X光检测和焊缝气密检查，保证满足使用要求；
B.将连接筒A1-1与密封舱10的主梁9进行舱外连接到位；将弹性补偿器2套装到连接筒A1-1上进行连接，并设置抗外压失稳钢圈2-1，连接前需对接触面净化处理以确保密封；
C.将步骤B中安装完成的部件进行在密封舱10内的组装；
D.调整并连接弹性补偿器2和密封罩3，连接前需对接触面净化处理以确保密封；
E.将连接筒B1-2从密封舱10舱壁的开放窗口处放入，并与连接筒A1-1连接，连接处设有非金属隔热垫；
F.将红外地球敏感器12从密封舱10舱壁的开放窗口处放入，并安装到连接筒B1-2上。

Claims (3)

1.一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置，其特征在于，它包括：安装基座(1)、弹性补偿器(2)以及密封罩(3)；
所述安装基座(1)由螺栓(7)连接的连接筒A(1-1)、连接筒B(1-2)组成；所述连接筒A(1-1)为两端设有连接凸台的圆筒结构，所述连接筒B(1-2)为三级收缩的阶梯圆筒结构；所述连接筒B(1-2)的最大端用于安装红外地球敏感器(12)，最小端用于与所述连接筒A(1-1)对接，在对接处设有非金属隔热垫；
所述弹性补偿器(2)采用橡胶材料，具有多层结构，随舱内压力波动进行弹性调整；所述弹性补偿器(2)套接在所述连接筒A(1-1)的外部，与所述连接筒A(1-1)两端的连接凸台密封连接；每层所述弹性补偿器(2)内部与所述连接筒A外壁之间设有一个抗外压失稳钢圈(2-1)；
所述密封罩(3)为一端大一端小的缩口筒状结构，其侧壁设有安装法兰(3-1)；所述密封罩(3)套接在连接筒B(1-2)的外部，并通过其小端与所述连接筒A(1-1)一端的连接凸台密封连接。
2.如权利要求1所述的一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置，其特征在于，所述真空密封装置安装于设有主梁(9)的密封舱(10)内；
在与所述主梁(9)相对面的所述密封舱(10)舱壁处设有开放窗口，所述窗口边缘预设蒙皮翻边；所述密封罩(3)的大端与所述窗口蒙皮翻边焊接，所述连接筒A(1-1)与所述主梁(9)通过连接件(4)固定连接。
3.一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置的安装方法，它基于如权利要求1所述的一种用于补偿光学装置精度偏移的真空密封装置，其特征在于，包括以下步骤：
A.将所述密封罩(3)焊接在密封舱(10)舱壁预设的蒙皮翻边上，经过X光检测和焊缝气密检查，保证满足使用要求；
B.将所述连接筒A(1-1)与所述密封舱(10)的主梁(9)进行舱外连接到位；将所述弹性补偿器(2)套装到所述连接筒A(1-1)上进行连接，并设置所述抗外压失稳钢圈(2-1)，连接前需对接触面净化处理以确保密封；
C.将步骤B中安装完成的部件进行在所述密封舱(10)内的组装；
D.调整并连接所述弹性补偿器(2)和所述密封罩(3)，连接前需对接触面净化处理以确保密封；
E.将所述连接筒B(1-2)从所述密封舱(10)舱壁的开放窗口处放入，并与所述连接筒A(1-1)连接，连接处设有非金属隔热垫；
F.将所述红外地球敏感器(12)从所述密封舱(10)舱壁的开放窗口处放入，并安装到所述连接筒B(1-2)上。
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