CN107065395A - 一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构 - Google Patents

Abstract

一种适用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，包括遮光筒、支撑筒和紧固连接件。遮光筒为蜂窝夹层筒状结构，筒体结构主要包括法兰、外面板、内面板、铝蜂窝和预埋件等，遮光筒内部胶接多层光阑形成通光路径和消光结构，遮光筒外部胶接天线安装支架提供测控天线的安装接口，同时遮光筒外部胶接了吊装块用于整个遮光罩的吊装。支撑筒为锥台形结构，局部开孔用于避让相机主体，包括碳锥筒、垫片、加强角片和镶套等，支撑筒与卫星平台连接并在相机外部提供遮光筒的支撑。本发明的遮光罩结构尺寸大，两体结构简单，可靠性高，连接方便，吊装便捷。

Description

一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构

技术领域

本发明涉及一种遮光罩结构，属于空间光学遥感器复合材料结构领域。

背景技术

遥感相机遮光罩是遥感相机抑制视场外杂光的主要部件，既能遮挡部分地气光和除地气光之外的其他杂光进入光学系统中，又可利用遮光罩长度和遮光罩内的光栅及表面材料特性最大限度的吸收已进入遮光罩的杂散光，对遥感相机的成像质量有很大影响。

一般遮光罩是固定式结构或固定段结构之外附加有加长段。底口法兰与卫星结构相连接，法兰多采用碳纤维复合材料或金属制成。遮光罩内设有消杂散光的结构，较多的是内表面裸露的蜂窝结构或多层光阑结构。我国气象卫星、资源卫星、试验卫星的红外扫描仪、CCD相机等的遮光罩均为不同类别不同规格的双层蜂窝结构(铝蜂窝或Nomex蜂窝等)，在裸露蜂窝的表面喷涂无光黑漆，以保证在相机工作谱段范围内。

地球静止轨道遥感相机遮光罩由于相机工作在地球静止轨道，对遮光罩的要求相对于中低轨遥感相机来说要求更高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，结构简单、可靠性高，采用的高刚度结构和高导热结构组合体形式实现了结构承载、导热和消光功能的一体化，能有效解决地球静止轨道遥感卫星上测控天线的设置、遥感相机载荷发射过程中的耦合振动损伤、在轨运行过程中遮挡视场外杂散光进入相机成像视场以及保证遮光罩自身温度变化不影响红外成像通道的成像质量。

本发明所采用的技术方案是：一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，包括：遮光筒、支撑筒、紧固连接件；遮光筒包括法兰、外面板、内面板、光阑、预埋件、蜂窝夹层；外面板、内面板之间安装蜂窝夹层形成遮光筒筒壁，法兰安装在遮光筒筒壁底部，蜂窝夹层内布置预埋件；光阑依次排列安装在内面板内，与预埋件固定连接，各光阑外径相同、内径不同，形成通光路径和消光结构；支撑筒为锥台状结构，小端端面通过紧固连接件与法兰固定连接。

所述支撑筒包括碳锥筒、垫片、上加强角片、下加强角片、镶套；碳锥筒为锥台状壳体，上加强角片沿碳锥筒周向均匀分布在碳锥筒小端端面与侧壁面的夹角空间内，下加强角片沿碳锥筒周向均匀分布在碳锥筒大端端面与侧壁面的夹角空间内；垫片分别与碳锥筒两端端面贴合；镶套沿碳锥筒两端面周向分布，安装位置分别与上加强角片、下加强角片安装位置对应。

还包括隔热垫，隔热垫安装在法兰两侧、上加强角片与碳锥筒小端端面贴合面的另一侧，紧固连接件穿过隔热垫、法兰、镶套将遮光筒与支撑筒固定连接。

所述遮光筒还包括天线安装支架、吊装块；用于安装测控天线的天线安装支架通过预埋件沿外面板周向分布在外面板表面，吊装块通过预埋件安装在外面板下部；所述预埋件为“工”字形回转体结构

所述碳锥筒的材料为碳纤维增强树脂基复合材料。

所述外面板、内面板或光阑的材料为高导热铝合金。

所述蜂窝夹层为铝蜂窝；所述隔热垫为钛合金材料或玻璃纤维复合材料。

所述上加强角片或下加强角片为三棱柱状盒体，未与碳锥筒贴合的长方形面为开口。

所述光阑的内径沿遮光筒入光方向由大到小变化，光阑与内面板之间通过J-133室温固化耐温100℃结构胶黏剂胶接，同时通过螺钉与预埋件固定连接。

所述吊装块或测控天线支架与外面板之间通过J-133室温固化耐温100℃结构胶黏剂胶接，同时通过螺钉与预埋件固定连接。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的支撑主体结构采用低密度、高比刚度和比强度的碳纤维增强树脂基复合材料，遮光主体结构采用低密度、高比刚度和比强度的薄铝面板-铝蜂窝夹层结构，有效降低了遮光罩结构的重量；

(2)本发明的支撑结构采用局部用连续纤维补强的高模量碳纤维复合材料整体结构，遮光结构采用内部光阑加强的圆柱形夹层筒体结构，保证了遮光罩结构的高刚度，避免了与卫星及相机结构的耦合振动；

(3)本发明的遮光罩结构采用高导热率的铝合金薄板和碳纤维，能够有效传递地球静止轨道照射产生的高密度热量，降低温度梯度和温度变化范围，避免由于温度变化范围过大引起的红外杂散辐射导致的红外成像质量；

(4)本发明利用碳纤维增强复合材料和蜂窝夹层结构的优异力学特性，其结构力学性能优异、可靠性高、导热性高、温度梯度低、温度变化范围小；遮光罩采用支架结构提供顶端卫星测控天线的机械接口，设置灵活，适应性强，整体力学性能优异。

附图说明

图1为本发明的遮光罩结构图；

图2为本发明的遮光罩结构连接图；

图3为本发明的支撑筒结构图；

图4(a)、图4(b)为本发明的支撑筒结构装配图；

图5为本发明的遮光筒结构图；

图6为本发明的遮光筒内光阑结构装配图；

图7(a)、图7(b)为本发明的遮光筒结构装配图；

图8(a)、图8(b)为本发明的天线安装支架、吊装块的装配图。

具体实施方式

地球静止轨道遥感相机运行轨道为地球静止轨道，遥感相机遮光罩在一天(24小时)之内受到的太阳外热流变化十分剧烈，导致遮光罩温度会经历从低温到高温再到低温的大幅度波动。

本发明的遮光罩结构的遮光筒1和支撑筒2，整体结构尺寸大，内部光阑设置密度大，采用了高模量碳纤维复合材料和高导热铝合金材料，放置于遥感相机入光口部位能够遮挡相机视场外杂散光以及太阳直射光进入相机成像视场，保证相机可见光谱段成像不受影响，同时确保遮光罩自身温度变化引起的红外杂散辐射不会引起相机红外成像通道成像质量下降。

如图1、图2所示，一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，包括遮光筒1、支撑筒2、隔热垫3和紧固连接件4。隔热垫3为钛合金材料或玻璃纤维复合材料。

如图5、图6、图7(a)、图7(b)所示，遮光筒1包括法兰11、外面板12、内面板13、光阑15、预埋件14、天线安装支架16、吊装块17、蜂窝夹层18；

遮光筒1内部沿入光方向按等间距或不等间距顺序设置内径由大到小、外径相同的光阑15，形成通光路径和消光结构，外部设置天线安装支架16用于安装测控天线，位置根据总体设计确定，吊装块17安装在遮光筒1侧壁下部；如图8(a)、图8(b)所示，遮光筒1侧壁内设置预埋件14，预埋件14为“工”字形回转体结构，用于与光阑15、天线安装支架16、吊装块17的胶接和螺接，遮光筒1整体结构刚度高、连接强度高。遮光筒外面板12和内面板13采用2A12O铝合金材料，厚度0.5mm，热导率大于188W/(m·K)，光阑15采用1035O铝合金材料，厚度2mm，热导率大于226W/(m·K)。

0.5mm厚铝合金外面板12和内面板13折弯或辊形成筒状，曲率与筒体设计值接近；LF2Y 0.04×4有孔铝蜂窝夹层18铣切后进行拉伸，使蜂窝格子呈六角形形状；法兰11、外面板12、内面板13和预埋件14胶接前进行磷酸阳极化表面处理，胶接面刷J-47B底胶后贴J-47C胶膜；法兰11、外面板12、内面板13和预埋件14在金属模具上进行胶接装配，外面板12、内面板13之间安装蜂窝夹层18组成遮光筒1筒壁，法兰11安装在筒壁底部，蜂窝夹层18内布置预埋件14；法兰11、外面板12、内面板13和预埋件14装配后需进热压罐进行升温加压固化，固化工艺为130℃×2.5h，外压0.10MPa～0.15MPa；光阑15、吊装块17和测控天线支架16胶接前进行磷酸阳极化表面处理；多层光阑15安装在筒壁内，与预埋件14固定连接；光阑15与内面板13之间、吊装块17和测控天线支架16与外面板12之间用J-133室温固化耐温100℃结构胶黏剂胶接，同时均使用螺钉与预埋件14固定。遮光筒1中的外面板12、内面板13和光阑15为高导热铝合金薄板。

如图3、图4(a)、图4(b)所示，支撑筒2包括碳锥筒5、垫片6、上加强角片7和下加强角片8、镶套9；

碳锥筒5为锥台状壳体，局部开孔用于避让相机主体，采用高模量、高导热碳纤维增强树脂基复合材料制备，碳纤维模量大于540GPa，碳纤维热导率大于155W/(m·K)，铺层等效热导率大于40W/(m·K)，成型后进行无损检测，满足GJB2895 A级要求；碳锥筒5与上加强角片7和下加强角片8、垫片6用J-133室温固化耐温100℃结构胶黏剂进行胶接；上加强角片7、下加强角片8均为三棱柱状盒体，上加强角片7沿碳锥筒5周向均匀分布在碳锥筒5上端面与侧壁面的夹角内，下加强角片8沿碳锥筒5周向均匀分布在碳锥筒5下端面与侧壁面的夹角内，上加强角片7、下加强角片8未与碳锥筒5贴合的长方形面为开口；

碳锥筒5小端端面为上端面，大端端面为下端面；为碳锥筒5上端面和下端面，整体平面度要求0.5，局部0.1/100；碳锥筒5上端面和下端面沿周向均匀分布有镶套安装孔，位置度要求Φ0.1，上加强角片7与上端面贴合的平面上开有镶套安装孔，下加强角片8与下端面贴合的平面上开有镶套安装孔；垫片6安装在碳锥筒5上端面和下端面，与碳锥筒5上端面和下端面贴合，垫片6上开有镶套安装孔，分别与碳锥筒5上端面和下端面上镶套安装孔对应；镶套9为T形结构，中心处开有通孔，镶套9分别安装在镶套安装孔内，镶套9用J-133室温固化耐温100℃结构胶黏剂胶接；隔热垫3通过J-133室温固化耐温100℃结构胶黏剂胶接在上加强角片7内镶套安装孔处及与碳锥筒5上端面贴合的垫片6上。

遮光筒1和支撑筒2采用均布的24个隔热垫3和24组紧固连接件4连接成整体结构。吊装时由遮光筒上的圆周均布的四个吊装块17上M12吊装孔进行整体吊装操作，吊装便捷。支撑筒2、隔热垫3和遮光筒5进行试装配时，装配面间隙小于0.2mm；

紧固连接件4，包括QJ2582 M5×30螺钉、GB/T96.1 Φ5垫圈和GB/T6170 M5螺母，穿过隔热垫3、法兰11、镶套9将支撑筒2和遮光筒1固定连接。

本发明的遮光罩结构高度尺寸2423mm，最大外径Ф1610mm。整个遮光罩结构重量65kg，相对于金属遮光罩可减重超过30％。遮光罩结构整体刚度高，与卫星平台连接后基频可达40Hz以上。遮光罩导热性能优异，遮光筒温度-150℃～50℃，最大温差≤110℃，支撑筒-70℃～50℃，最大温差≤80℃。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于，包括：遮光筒(1)、支撑筒(2)、紧固连接件(4)；遮光筒(1)包括法兰(11)、外面板(12)、内面板(13)、光阑(15)、预埋件(14)、蜂窝夹层(18)；外面板(12)、内面板(13)之间安装蜂窝夹层(18)形成遮光筒(1)筒壁，法兰(11)安装在遮光筒(1)筒壁底部，蜂窝夹层(18)内布置预埋件(14)；光阑(15)依次排列安装在内面板(13)内，与预埋件(14)固定连接，各光阑(15)外径相同、内径不同，形成通光路径和消光结构；支撑筒(2)为锥台状结构，小端端面通过紧固连接件(4)与法兰(11)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于：所述支撑筒(2)包括碳锥筒(5)、垫片(6)、上加强角片(7)、下加强角片(8)、镶套(9)；碳锥筒(5)为锥台状壳体，上加强角片(7)沿碳锥筒(5)周向均匀分布在碳锥筒(5)小端端面与侧壁面的夹角空间内，下加强角片(8)沿碳锥筒(5)周向均匀分布在碳锥筒(5)大端端面与侧壁面的夹角空间内；垫片(6)分别与碳锥筒(5)两端端面贴合；镶套(9)沿碳锥筒(5)两端面周向分布，安装位置分别与上加强角片(7)、下加强角片(8)安装位置对应。

3.根据权利要求2所述的一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于：还包括隔热垫(3)，隔热垫(3)安装在法兰(11)两侧、上加强角片(7)与碳锥筒(5)小端端面贴合面的另一侧，紧固连接件(4)穿过隔热垫(3)、法兰(11)、镶套(9)将遮光筒(1)与支撑筒(2)固定连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于：所述遮光筒(1)还包括天线安装支架(16)、吊装块(17)；用于安装测控天线的天线安装支架(16)通过预埋件(14)沿外面板(12)周向分布在外面板(12)表面，吊装块(17)通过预埋件(14)安装在外面板(12)下部；所述预埋件(14)为“工”字形回转体结构。

5.根据权利要求2所述的一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于：所述碳锥筒(5)的材料为碳纤维增强树脂基复合材料。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于：所述外面板(12)、内面板(13)或光阑(15)的材料为高导热铝合金。

7.根据权利要求6所述的一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于：所述蜂窝夹层(18)为铝蜂窝；所述隔热垫(3)为钛合金材料或玻璃纤维复合材料。

8.根据权利要求2所述的一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于：所述上加强角片(7)或下加强角片(8)为三棱柱状盒体，未与碳锥筒(5)贴合的长方形面为开口。

9.根据权利要求1或2所述的一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于：所述光阑(15)的内径沿遮光筒(1)入光方向由大到小变化，光阑(15)与内面板(13)之间通过J-133室温固化耐温100℃结构胶黏剂胶接，同时通过螺钉与预埋件(14)固定连接。

10.根据权利要求4所述的一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，其特征在于：所述吊装块(17)或测控天线支架(16)与外面板(12)之间通过J-133室温固化耐温100℃结构胶黏剂胶接，同时通过螺钉与预埋件(14)固定连接。