CN106647117B - 长焦距宽视场大型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构 - Google Patents

长焦距宽视场大型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构 Download PDF

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Abstract

长焦距宽视场大型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，涉及空间遥感技术领域，解决现有技术中由于光学系统长焦距宽视场的特点造成相机主、三、折叠镜大长宽比，大质量而导致相机镜子组件支撑刚度较低的问题，包括前框架、后框架和桁架组件，前框架通过桁架组件与所述后框架定位连接；桁架组件包括多根桁架杆、多个上接头和多个下接头，每根桁架杆的上端通过对应的上接头与前框架定位连接，每根桁架杆的下端通过下接头与后框架定位连接，桁架组件呈对称交叉布局。本发明的桁架组组采用碳纤维复合材料桁架式结构大大降低了相机主支撑结构的重量，增加了结构刚度，降低了加工难度，有利于其在长焦距宽视场大型离轴三反空间相机中的应用。

Description

长焦距宽视场大型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构
技术领域
本发明涉及空间遥感技术领域，具体涉及一种用于长焦距、宽视场的大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构。
背景技术
目前，长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的光学系统由于焦距长、视场宽的特点，造成其折叠镜组件的质量达到40kg，长宽比超过4:1，且由于折叠镜与次镜的空间位置接近，只能采用一体化前框架的方式共基准支撑次镜、折叠镜。此外，由于光学系统对次镜的位置精度要求比折叠镜高，如何合理的设计主支撑结构形式，保证各镜子组件的位置精度就显得尤为重要。
在现有技术中，离轴三反空间相机大多采用桁架式、框架式和承力筒式主支撑结构。
承力筒式与框架式主支撑结构加工难度较大，且应用于大型空间相机时结构比刚度较小。
桁架式主支撑结构采用灵活组装元件的方法，降低了制造加工难度，同时结构比刚度较高，已经广泛被国内外科研人员作为大型空间相机的主支撑结构形式。此外，金属合金材料的桁架结构比刚度低，而碳纤维复合材料因其高比刚度、高比强度，热膨胀系数可设计等特点，在空间相机主支撑结构设计中得到广泛的应用。
发明内容
本发明提供一种长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构，解决现有技术中由于光学系统长焦距宽视场的特点造成相机主、三、折叠镜大长宽比，大质量而导致相机镜子组件支撑刚度较低的问题。
长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构，包括前框架、后框架和桁架组件，所述前框架通过桁架组件与所述后框架定位连接；所述桁架组件包括多根桁架杆、多个上接头和多个下接头，每根桁架杆的上端通过对应的上接头与所述前框架定位连接，每根桁架杆的下端通过下接头与后框架定位连接，所述桁架组件呈对称交叉布局。
本发明的有益效果：本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的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。桁架组件通过上接头和前框架定位连接，主镜和三镜分别通过镜子背板与后框架定位连接。相机的前框架通过桁架组件与后框架定位连接。桁架组件主支撑结构中16根桁架杆上端通过八个上接头和前框架的下端面固定连接。
本发明中的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构对前框架进行了高精度固定，解决了现有技术中存在的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机主支撑结构中主、三与折叠镜的长宽比过大、质量过重而导致的镜子组件支撑精度较低的问题。将次镜安装基板与折叠镜安装基板作为一体化的前框架，通过同一桁架组件定位连接，在保证次镜、折叠镜位置精度的同时降低了相机支撑结构的复杂程度。
此外，碳纤维复合材料桁架式结构大大降低了相机主支撑结构的重量，增加了结构刚度，降低了加工难度，有利于其在长焦距宽视场大型离轴三反空间相机中的应用。
附图说明
图1为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构示意图；
图2为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构的前框架与上接头位置示意图；
图3为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构的前框架与镜子组件安装点示意图；
图4为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构的后框架与下接头位置示意图；
图5为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构的后框架与镜子组件安装点示意图；
图6为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构的典型双杆与单杆上接头结构形式，其中图6a为第八上接头的结构示意图，图6b为第三上接头的结构示意图；
图7为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构的典型双杆与三杆下接头结构形式，其中图7a为第五下接头的结构示意图，图7b为第三下接头的结构示意图，图7c为第一下接头的结构示意图；
图8为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构的四通接头示意图；
图9为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构的桁架杆示意图；
图10为本发明所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构的桁架杆与桁架接头典型的装配后结构形式剖面图，其中10a为第三下接头与桁架杆第一桁架杆、第十三桁架杆装配后的剖面示意图，图10b为第一下接头与桁架杆第五桁架杆、第七桁架杆、第九桁架杆装配后的剖面示意图。
图中：1、前框架；1-A、第一桁架杆；1-B、第二桁架杆；2-A、第三桁架杆；2-B、第四桁架杆；3-A、第五桁架杆；3-B、第六桁架杆；4-A、第七桁架杆；4-B、第八桁架杆；5-1-A、第九桁架杆；5-1-B、第十桁架杆；5-2-A、第十一桁架杆；5-2-B、第十二桁架杆；6-A、第十三桁架杆；6-B、第十四桁架杆；7-A、第十五桁架杆；7-B、第十六桁架杆；2、后框架；S-1-3A、第一上接头；S-1-3B、第二上接头；S-6-A、第三上接头；S-6-B、第四上接头；S-2-A、第五上接头；S-2-B、第六上接头；S-7-A、第七上接头；S-7-B、第八上接头；S-4-5-A、第九上接头；S-4-5-B、第十上接头；X-3-4-5-A、第一下接头；X-3-4-5-B、第二下接头；X-2-7-A、第三下接头；X-2-7-B、第四下接头；X-1-6-A、第五下接头；X-1-6-B、第六下接头。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图10说明本实施方式，参见附图1，本实施方式所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机的桁架式主支撑结构包括前框架1、后框架2和桁架组件；所述桁架组件呈交叉布局；所述前框架1和后框架2通过螺栓、固定销钉固定到粘接工装上。
所述桁架组件的十六根桁架杆上端通过十个上接头与前框架1的下端面定位连接，次镜与折叠镜通过镜子背板与前框架1的上端面固定连接；所述十六根桁架杆下端通过六个下接头与所述的后框架2的上端面定位连接，主镜与三镜通过镜子背板与后框架2的下端面固定连接。
本实施方式所述的十六根桁架杆整体对称分布，次镜、折叠镜组件共基准安装，主镜、三镜组件共基准安装。
本实施方式中所述的上接头在与前框架1连接处对应位置设置有安装孔；所述桁架组件的八个上接头在前框架上对称分布，六个下接头成两排在后框架上对称分布；
所述桁架组件包括两根左右对称布置第一桁架杆1-A和第二桁架杆1-B，两根左右对称布置的第三桁架杆2-A和第四桁架杆2-B，两根左右对称布置的第五桁架杆3-A和第六桁架杆3-B，两根左右对称布置的第七桁架杆4-A和第八桁架杆4-B，四根左右对称布置的第九桁架杆5-1-A、第十桁架杆5-1-B、第十一桁架杆5-2-A和第十二桁架杆5-2-B，两根左右对称布置的第十三桁架杆6-A和第十四桁架杆6-B，两根左右对称布置的第十五桁架杆7-A和第十六桁架杆7-B；
上接头包括第一上接头S-1-3A、第二上接头S-1-3B、第三上接头S-6-A、第四上接头S-6-B、第五上接头S-2-A、第六上接头S-2-B、第七上接头S-7-A、第八上接头S-7-B、第九上接头S-4-5-A和第十上接头S-4-5-B为桁架组件的10个上接头；下接头包括第一下接头X-3-4-5-A、第二下接头X-3-4-5-B、第三下接头X-2-7-A、第四下接头X-2-7-B、第五下接头X-1-6-A和第六下接头X-1-6-B为桁架组件的6个下接头。
结合图1说明本实施方式，所述桁架组件中第一桁架杆1-A和第五桁架杆3-A共用第一上接头S-1-3-A，第二桁架杆1-B和第六桁架杆3-B共用桁架组件中第二上接头S-1-3-B，第三桁架杆2-A与桁架组件中第五上接头S-2-A连接，第四桁架杆2-B与桁架组件中第六上接头S-2-B连接，第十五桁架杆7-A与桁架组件中第七上接头S-7-A连接，第十六桁架杆7-B与桁架组件第八上接头S-7-B连接，第十三桁架杆6-A与桁架组件中第三上接头S-6-A连接，第十四桁架杆6-B与桁架组件中第四上接头S-6-B连接，第十一桁架杆5-2-A和第七桁架杆4-A共用桁架组件中第八上接头S-4-5-A，第十二桁架杆5-2-B、第八桁架杆4-B共用桁架组件中第九上接头S-4-5-B；第五桁架杆3-A、第七桁架杆4-A与第九桁架杆5-1-A共用桁架组件中第一下接头X-3-4-5-A；第六桁架杆3-B、第八桁架杆4-B与第十桁架杆5-1-B共用桁架组件第二下接头X-3-4-5-B，第三桁架杆2-A、第十五桁架杆7-A共用桁架组件中第三下接头X-2-7-A，第四桁架杆2-B、第十六桁架杆7-B共用桁架组件中第四下接头X-2-7-B，第一桁架杆1-A、第十三桁架杆6-A共用桁架组件中第五下接头X-1-6-A，第二桁架杆1-B、第十四桁架杆6-B共用桁架组件中第六下接头X-1-6-B。
结合图6和图7说明本实施方式，所述前框架1与上接头通过圆柱销钉定位；所述前框架1与上接头通过螺钉连接；所述后框架2与下接头通过螺钉连接。
结合图8说明本实施方式，所述桁架组件中第九桁架杆5-1-A、第十桁架杆5-1-B、第十一桁架杆5-2-A和第十二桁架杆5-2-B交叉通过四通接头连接。
结合图9和图10说明本实施方式，本实施方式所述的组件中的各桁架杆为碳纤维空心圆柱杆。各桁架杆与对应的上接头或对应的下接头之间采用胶结方式连接。

Claims (6)

1.长焦距宽视场大型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，包括前框架(1)、后框架(2)和桁架组件，其特征是；
所述前框架(1)通过桁架组件与所述后框架(2)定位连接；
所述桁架组件包括多根桁架杆、多个上接头和多个下接头，每根桁架杆的上端通过对应的上接头与所述前框架(1)定位连接，每根桁架杆的下端通过下接头与后框架(2)定位连接，所述桁架组件呈对称交叉布局；
所述桁架组件的十六根桁架杆上端通过十个上接头与前框架(1)的下端面定位连接，次镜与折叠镜通过镜子背板与前框架(1)的上端面固定连接；所述十六根桁架杆下端通过六个下接头与所述后框架(2)的上端面定位连接，主镜与三镜通过镜子背板与后框架(2)的下端面固定连接；
桁架组件中第一桁架杆(1-A)和第五桁架杆(3-A)共用第一上接头(S-1-3-A)，第二桁架杆(1-B)和第六桁架杆(3-B)共用桁架组件中第二上接头(S-1-3-B)，第三桁架杆(2-A)与桁架组件中第五上接头(S-2-A)连接，第四桁架杆(2-B)与桁架组件中第六上接头(S-2-B)连接，第十五桁架杆(7-A)与桁架组件中第七上接头(S-7-A)连接，第十六桁架杆(7-B)与桁架组件第八上接头(S-7-B)连接，第十三桁架杆(6-A)与桁架组件中第三上接头(S-6-A)连接，第十四桁架杆(6-B)与桁架组件中第四上接头(S-6-B)连接，第十一桁架杆(5-2-A)和第七桁架杆(4-A)共用桁架组件中第八上接头(S-4-5-A)，第十二桁架杆(5-2-B)、第八桁架杆(4-B)共用桁架组件中第九上接头(S-4-5-B)；第五桁架杆(3-A)、第七桁架杆(4-A)与第九桁架杆(5-1-A)共用桁架组件中第一下接头(X-3-4-5-A)；第六桁架杆(3-B)、第八桁架杆(4-B)与第十桁架杆(5-1-B)共用桁架组件第二下接头(X-3-4-5-B)，第三桁架杆(2-A)、第十五桁架杆(7-A)共用桁架组件中第三下接头(X-2-7-A)，第四桁架杆(2-B)、第十六桁架杆(7-B)共用桁架组件中第四下接头(X-2-7-B)，第一桁架杆(1-A)、第十三桁架杆(6-A)共用桁架组件中第五下接头(X-1-6-A)，第二桁架杆(1-B)、第十四桁架杆(6-B)共用桁架组件中第六下接头(X-1-6-B)。
2.根据权利要求1所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，所述桁架组件中的十六根桁架杆整体对称分布，次镜、折叠镜组件共基准安装，主镜、三镜组件共基准安装。
3.根据权利要求1所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，所述上接头在与前框架(1)连接处设置有螺钉安装孔与定位销孔；所述下接头在与后框架(2)连接处设置有螺钉孔与定位销孔。
4.根据权利要求1所述的长焦距宽视场大型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，其特征在于，所述桁架组件中的多个上接头在前框架(1)上对称分布；多个下接头成两排在后框架(2)上对称分布。
5.根据权利要求1所述的长焦距宽视场大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采用胶结方式连接。
6.根据权利要求1所述的长焦距宽视场大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复合材料空心圆柱杆。
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