CN106647116A - 一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架 - Google Patents

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Abstract

一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架，涉及空间光学遥感领域，解决了现有技术中存在的刚度低和定位差的问题。该桁架包括：固定桁架、展开桁架、传动机构、折叠锁定机构和展开锁定机构；所述展开桁架通过传动机构和导向机构在所述固定桁架上运动；所述折叠锁定机构实现折叠状态时的锁定；所述主动式双锥面展开锁定机构实现展开状态时的自锁定。本发明采用分立式展开结构代替次镜塔展开结构，解决了后者刚度低、定位精度低的问题。与次镜塔结构相比，该发明具有刚度高、定位精度高等优点，可用于长焦距空间光学遥感器等领域。

Description

一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架
技术领域
本发明属于空间光学遥感领域，涉及一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架。
背景技术
随着空间遥感技术的迅猛发展，长焦距空间光学遥感器正扮演着越来越重要的角色。但是，由于运载火箭及整流罩尺寸等一系列因素的限制，遥感器机身尺寸与运载火箭整流罩尺寸之间的矛盾越来越突出，可展开结构有效解决了二者之间的矛盾，使得研制长焦距、高分辨率的光学遥感器成为可能。
可展开结构是指发射时处于折叠状态、入轨后自行展开的结构。按照展开部件的不同分类，空间光学遥感器的可展开结构分为主镜展开结构、可展开次镜支撑桁架、遮光罩展开结构等。目前，可展开次镜支撑桁架常采用次镜塔结构，如图1所示，主要包括固定套筒9和活动套筒8，驱动方式为一般电机驱动，例如美国空军研究实验室主导的空间望远镜系统。这种次镜展开方式虽然结构紧凑，但存在以下几个缺点：
1)刚度较低。由于活动套筒8会对主镜10到次镜7的反射光产生遮拦，为了减小遮拦比，需减小活动套筒8垂直于光轴方向的截面尺寸，这样做势必会牺牲整个活动套筒8的刚度。
2)定位精度低。次镜塔结构在轨展开后需要精确地定位及锁定，由于次镜塔位于主镜10中心孔处，垂直于光轴的截面较小，也就意味着用于实现三点定位的截面较小，因此无论采用何种定位方式，定位精度都会受到横截面小的限制，从而影响展开后次镜7的位置精度。
对于短焦距的光学仪器来讲，次镜塔展开结构是能够满足使用要求的，但对于长焦距的光学仪器来说，它无法满足使用要求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架，该结构能有效提高次镜组件支撑结构的刚度和定位精度。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架，该桁架包括：固定桁架、展开桁架、传动机构、折叠锁定机构和展开锁定机构；所述展开桁架通过传动机构和导向机构在所述固定桁架上运动；所述折叠锁定机构实现折叠状态时的锁定；所述主动式双锥面展开锁定机构实现展开状态时的自锁定。
本发明的有益效果是：本发明采用分立式展开结构代替次镜塔展开结构，解决了后者刚度低、定位精度低的问题。与次镜塔结构相比，该发明具有刚度高、定位精度高等优点，可用于长焦距空间光学遥感器等领域。
附图说明
图1为现有技术中次镜塔结构示意图；
图2为本发明可展开支撑桁架折叠状态示意图；
图3为本发明可展开支撑桁架展开状态示意图；
图4为本发明固定桁架示意图；
图5为本发明展开桁架示意图；
图6为本发明传动机构示意图；
图7为本发明导向机构示意图；
图8为本发明折叠状态锁定机构示意图。
图9为本发明展开锁定机构示意图。
图中：1、固定桁架，11、第一下桁架，12、第二下桁架，13、第三下桁架，14、连接环，2、展开桁架，21、第一上桁架，22、第二上桁架，23、第三上桁架，24、前板，3、传动机构，31、齿轮架，32、齿轮，33、齿条，34、驱动电机，35、编码器，4、导向机构，41、导轨，42、滑块，5、折叠锁定机构，51、折叠限位块，52、分离螺母，6、展开锁定机构，7、滑动套筒，8、固定套筒
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图2～图8所示，一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架，主要包括固定桁架1、展开桁架2、传动机构3、导向机构4、折叠锁定机构5、展开锁定机构6。展开桁架2通过传动机构3和导向机构4在所述固定桁架1上运动；折叠锁定机构5实现折叠状态时的锁定；展开锁定机构6实现展开状态时的自锁定。
固定桁架1包括第一下桁架杆11、第二下桁架杆12、第三下桁架杆13、连接环14；其中第一下桁架杆11、第二下桁架杆12、第三下桁架杆13分立于主镜外侧，长度相等，沿圆周均布，其轴线相互平行；三组桁架杆底部固定在光学基座上，顶部与连接环14均布相连，内侧面安装传动机构3、导向机构4、折叠锁定机构5，连接环14底面安装展开锁定机构6。
所述的展开桁架2包括第一上桁架杆21、第二上桁架杆22、第三上桁架杆23、前板24。其中第一上桁架杆21、第二上桁架杆22、第三上桁架杆23长度相等，沿前板24圆周均布；三组桁架杆底部安装传动机构3、导向机构4、折叠锁定机构5、展开锁定机构6；前板24安装在上桁架杆顶端，提供与次镜组件接口。
所述的传动机构3共有三组，每组包括齿轮架31、齿轮32、齿条33、驱动电机34、编码器35。齿轮架31安装在上桁架杆底部外侧，齿轮32安装在齿轮架31上，齿条33安装在下桁架杆内侧，驱动电机34安装在齿轮架一侧，编码器35安装在齿轮架另一侧。齿轮32和齿条33形成齿轮齿条运动副，相互配合运动。
所述的导向机构4共有三组，每组包括导轨41、滑块42。导轨41安装在下桁架杆内侧，滑块42安装在齿轮架31上。滑块42和导轨41形成运动副，相互配合运动。
所述的折叠锁定机构5共有三组，每组包括折叠限位块51、分离螺母52。折叠限位块51安装在下桁架杆内侧，用于实现折叠状态下展开桁架的限位；分离螺母52的作用在于连接折叠限位块51与上桁架杆，用于实现折叠状态的锁定。
如图9所示，所述展开锁定结构6共有三组，每组包括：外定位座61、锁定电机62、探针63、内定位座64、行程开关65；锁定电机62设置在外定位座内61，外定位座61与齿轮架31相连；探针63与锁定电机62连接；外定位座61、锁定电机62和探针63为一体结构；行程开关65设置在内定位座内64，与内定位座64内共同固定在连接环104内侧，下桁架杆上方；内定位座64内为倒凹型结构，凹陷处为单向阀642；所述探针63上设置应变片；
本发明工作原理如下：
卫星发射时，折叠锁定机构5将展开桁架2及固定桁架1固定在一起，使次镜支撑桁架处于折叠状态。入轨后，折叠锁定机构5解锁，安装在展开桁架2上的驱动电机34带动齿轮32在固定桁架上的齿条33转动，齿轮齿条副将齿轮32的转动转化为展开桁架2沿齿条33向上的平动，在上升过程中，通过编码器35的反馈来实现三个驱动电机34的同步，以确保展开桁架2能够平稳上升。设置在齿轮架31上的两个滑块42沿着齿条33两侧的导轨向上运动，起到导向的作用，防止齿轮32齿条33偏离轨道。驱动电机34带动齿轮架31向上运动，当探针63穿过内定位座64的单向阀进入内定位座内部64后继续向上运动；当探针63触碰到行程开关65时，锁定电机62启动，开始向下拉动探针63，使之向下运动；紧接着探针63与单向阀642接触，对单向阀642施加向下的压力；由于探针63无法退出单向阀641，使得锁定电机62带动外定位座61向上运动；当外定位座61与内定位座64接触并产生压力，锁定电机62无法继续向上运动，锁定电机62仍然向下拉动探针63，此时探针63内部开始产生拉力和形变，应变片测得的应变后，锁定电机62停止工作，展开锁定机构6将固定桁架1和展开桁架2锁定，从而实现整个结构的展开锁定。
齿条33采用多段拼接的方案，通过修研齿条垫片来实现多段齿条33的共线与三根齿条33的平行，以实现展开的顺畅性与平稳性。导轨41采用同样的方案。

Claims (5)

1.一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架，其特征在于，该桁架包括：固定桁架、展开桁架、传动机构、折叠锁定机构和展开锁定机构；所述展开桁架通过传动机构在所述固定桁架上运动；所述折叠锁定机构实现折叠状态时的锁定；所述展开锁定机构实现展开状态时的自锁定。
2.根据权利要求1所述的一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架，其特征在于，所述固定桁架包括：连接环和均布在连接环上相互平行的桁架杆；所述展开桁架包括：前板和均布在前板上的，与所述固定桁架的桁架杆个数相同的桁架杆；所述传动机构包括：安装在固定桁架上桁架杆内侧的齿条、安装在展开桁架上桁架杆底部的齿轮架、安装在齿轮架上，与齿条配合的齿轮和安装在齿轮架上，控制齿轮运动距离的驱动电机和编码器；所述折叠锁定机构包括：设置在固定桁架的桁架杆底部内侧的限位块和安装在齿轮架上的，连接限位块和齿轮架的分离螺母。
3.根据权利要求1或2所述的一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架，其特征在于，还包括导向机构；所述导向机构包括：滑块和导轨；所述导轨设置在齿条的两侧，滑块设置在齿轮架上，与导轨配合运动。
4.根据权利要求1或2所述的一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架，其特征在于，所述齿条为分段拼接设置。
5.根据权利要求1或2所述的一种长焦距空间相机次镜组件的可展开支撑桁架，其特征在于，所述展开结构包括：外定位座、锁定电机、探针、内定位座、行程开关；所述锁定电机设置在外定位座内，外定位座与齿轮架相连；所述探针与锁定电机连接；外定位座、锁定电机和探针为一体结构；所述行程开关设置在内定位座内，与内定位座内共同固定在连接环内侧，下桁架杆上方；所述内定位座内为倒凹型结构，凹陷处为单向阀；所述探针上设置应变片；
所述驱动电机带动齿轮架向上运动，当探针穿过内定位座的单向阀进入内定位座内部后继续向上运动；当探针触碰到行程开关时，锁定电机启动，向下拉动探针，使之向下运动；紧接着探针与单向阀接触，并产生正压力；由于探针无法再次通过单向阀，使得锁定电机带动外定位座向上运动；当外定位座与内定位座接触并产生正压力，探针内部则产生拉力和形变，应变片测得的应变后，锁定电机停止工作，断电锁定，从而实现整个结构的锁定。
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