CN109739064B - 一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学遥感技术领域，具体涉及一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构。该结构的桁架杆与承力筒一体化设计，整体刚度高、结构紧凑、高轻量化；桁架杆以承力筒为基准并内嵌于承力筒中，装配便捷、稳定性高，可以实现承力筒与桁架杆之间无应力装配，内部光阑安装合理，有效抑制杂光进入光学系统，此外，承力筒、桁架杆和光阑框均统一由炭纤维材料制成，可实现承力筒与桁架杆、光阑框的周向线胀系数匹配，相机主体不会因温度的变化而产生内部应力。

Description

一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构

技术领域

本发明涉及光学遥感技术领域，具体涉及一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构。

背景技术

当前，航天光学遥感领域对图像分辨率要求越来越高，空间光学遥感相机越来越多采用长焦距大口径的光学设计。对于长焦距的光机系统，主次镜间的相机机身主体支撑难度增加，若相机机身采用传统蒙皮框架架构，由于大口径长焦距导致蒙皮面积变大，容易导致蒙皮框架结构局部失稳，支撑刚度降低。基于上述问题的考虑，在相机机身蒙皮框架结构基础上引入比刚度高、高轻量化的桁架结构。

现有技术中，光学遥感相机机身主体所采用的桁架杆蒙皮结构多采用蒙皮分体式设计，方便相机由内而外的装调。该设计方式一是蒙皮的支撑刚度较差，蒙皮基本只起到阻挡视场角外杂光进入光学系统的作用；二是不利于内部光阑的安装；三是用于安装次镜的平台主要依靠桁架杆的支撑，而且桁架杆与框架装配时框架无安装基准，装调难度大，桁架杆易产生装配应力，影响光机结构的可靠性，不利于光机结构尺寸的稳定性。由于桁架杆蒙皮结构分体设计，若蒙皮与桁架杆易产生装配应力，装配后机身刚度不如纯桁架结构刚度，并且相机机身主体由不同材料的零部件装配而成，线胀系数不同，易产生内部应力。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

本发明提供了一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，该结构包括：

承力筒，所述承力筒周向封闭，轴向贯通；

前框架，所述前框架固定设于所述承力筒的一端，所述前框架的内侧壁设有多个第一连接部；

后框架，所述后框架固定设于所述承力筒的另一端，所述后框架的内侧壁设有多个第二连接部；

多个平行间隔设置的光阑框，所述光阑框设于所述前框架与所述后框架之间，所述光阑框内壁安装有光阑；

多个桁架杆，所述桁架杆依次连接所述前框架、所述光阑框以及所述后框架，所述桁架杆的一端通过第一连接部与所述前框架固定连接，所述桁架杆的另一端贯穿多个所述光阑框并通过所述第二连接部与所述后框架固定连接，每相邻两个桁架杆与所述前框架或所述后框架形成的剖面呈三角型。

优选地，所述第一连接部与所述第二连接部交错设置，所述第一连接部包括相邻的两个用于容纳所述桁架杆一端的第一固定孔，所述第二连接部包括相邻的两个用于容纳所述桁架杆另一端的第二固定孔，所述桁架杆的两端分别通过金属转接件与所述第一固定孔、所述第二固定孔涂胶固连。

优选地，所述前框架、后框架和光阑框均与所述承力筒涂胶固连。

优选地，所述光阑框设有供所述桁架杆穿设的凹槽，所述桁架杆通过所述凹槽固定所述光阑框。

优选地，所述承力筒、桁架杆和光阑框均由炭纤维材料制成。

本发明还提供了一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，该结构包括：

承力筒，所述承力筒周向封闭，轴向贯通；

沿所述承力筒的轴向平行间隔设置的多个框架体，所述框架体与所述承力筒的周向固定连接，所述框架体的侧壁设有多个连接部，每相邻两个所述框架体的连接部交错设置；

设置于每相邻两个所述框架体之间的光阑框，多个所述光阑框平行间隔设置，所述光阑框与所述框架体平行间隔设置，所述光阑框内壁安装有光阑；

设置于每相邻两个所述框架体之间的多个桁架杆，所述桁架杆依次连接一个所述框架体、所述光阑框和另一个所述框架体，所述桁架杆的一端通过所述连接部与一个框架体固定连接，所述桁架杆的另一端贯穿多个所述光阑框并通过所述连接部与另一个框架体固定连接，每相邻两个桁架杆与所述框架体形成的剖面呈三角型。

优选地，所述连接部包括相邻的两个用于容纳所述桁架杆的固定孔，所述桁架杆的一端通过金属转接件与一个所述框架体的固定孔涂胶固连，所述桁架杆的另一端通过金属转接件与另一个框架体的固定孔涂胶固连。

优选地，所述框架体和所述光阑框均与所述承力筒涂胶固连。

优选地，所述光阑框设有供所述桁架杆穿设的凹槽，所述桁架杆通过所述凹槽固定所述光阑框。

优选地，安装在同一个所述框架体两侧相邻的四个桁架杆呈“X”型分布，交点位于所述框架体上。

优选地，所述承力筒、桁架杆和光阑框均由炭纤维材料制成。

本发明的结构中桁架杆与承力筒一体化设计，整体刚度高、结构紧凑、高轻量化；桁架杆以承力筒为基准并内嵌于承力筒中，装配便捷、稳定性高，可以实现承力筒与桁架杆之间无应力装配，内部光阑安装合理，有效抑制杂光进入光学系统。

附图说明

图1是本发明实施例的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构的第一种结构示意图；

图2是本发明实施例的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构的第二种结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

本发明的实施例提供了航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，该结构的桁架杆与承力筒一体化设计，整体刚度高、结构紧凑、高轻量化；桁架杆以承力筒为基准并内嵌于承力筒中，装配便捷、稳定性高，可以实现承力筒与桁架杆之间无应力装配，内部光阑安装合理，有效抑制杂光进入光学系统，此外，承力筒、桁架杆和光阑框均统一由炭纤维材料制成，可实现承力筒与桁架杆、光阑框的周向线胀系数匹配，相机主体不会因温度的变化而产生内部应力。

图1示出了一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，该结构包括：

承力筒10、前框架20、后框架30、光阑框40以及桁架杆50。

承力筒10周向封闭，轴向贯通，承力筒10具有拔模角度，便于在制备过程中脱模，同时也便于光阑框40安装。

进一步地，前框架20固定设于承力筒10的一端，前框架20的内侧壁设有多个第一连接部(图中未示出)；后框架30固定设于承力筒10的另一端，后框架30的内侧壁设有多个第二连接部(图中未示出)，第一连接部与第二连接部交错设置；光阑框40设置多个且多个光阑框40之间平行间隔设置，光阑框40设于前框架20与后框架30之间并与前框架20、后框架30均平行间隔设置，光阑框40内壁安装有光阑400；桁架杆50设置多个，多个桁架杆50沿承力筒10的内壁轴向分布，结构紧凑，能够有效减小外包络的尺寸，桁架杆50依次连接前框架20、光阑框40以及后框架30，桁架杆50的一端通过第一连接部与前框架20固定连接，桁架杆50的另一端贯穿多个光阑框40并通过第二连接部与后框架30固定连接，每相邻两个桁架杆50与前框架20或后框架30形成的剖面呈三角型。

装配时，首先将位于桁架杆50两端的前框架20、后框架30、光阑框40与承力筒10连接，实现桁架杆50的无应力装配。

进一步，第一连接部包括相邻的两个用于容纳桁架杆50一端的第一固定孔(图中未示出)，第二连接部包括相邻的两个用于容纳桁架杆50另一端的第二固定孔(图中未示出)，桁架杆50的一端通过金属转接件500与第一固定孔涂胶固连，桁架杆50的另一端通过金属转接件500与第二固定孔涂胶固连。固定于第一连接部相邻的两个第一固定孔上的两根桁架杆50趋于交叉，交叉点位于前框架20上，此时，两根桁架杆50与前框架20形成的剖面呈三角型；固定于第二连接部相邻的两个第二固定孔上的两根桁架杆50趋于交叉，交叉点位于后框架30上，此时，两个桁架杆50与后框架30形成的剖面呈三角型，该设置方式的结构稳定性高、整体刚度高。

进一步，前框架20的内侧壁、后框架30的内侧壁和光阑框40的顶壁均与承力筒10涂胶固连，前框架20、后框架30和光阑框40均以承力筒10为安装基准，装备便捷、整体结构性好。

进一步地，光阑框40设有供桁架杆50穿设的凹槽401，桁架杆50通过凹槽401固定光阑框40。

在上述实施例的基础上，承力筒10、桁架杆50和光阑框40均由炭纤维材料制成，可实现承力筒10与桁架杆50、光阑框40的周向线胀系数匹配，相机主体不会因温度的变化而产生内部应力。

本发明体供了另一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，请参见图2，图2示出了另一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，该结构设有有多个框架体，该结构还包括：承力筒10、光阑框40和桁架杆50。

进一步地，承力筒10周向封闭，轴向贯通，承力筒10具有拔模角度，便于在制备过程中脱模，同时也便于光阑框40安装。

多个框架体沿承力筒10的轴向平行间隔设置，框架体与承力筒10的周向固定连接，框架体的侧壁设有多个连接部，每相邻两个框架体的连接部交错设置；光阑框40设置于每相邻两个框架体之间，多个光阑框40平行间隔设置，光阑框40与框架体平行间隔设置；

多个桁架杆50设置于每相邻两个框架体之间，桁架杆50依次连接一个框架体、光阑框40和另一个框架体，桁架杆50的一端通过连接部与一个框架体固定连接，桁架杆50的另一端贯穿多个光阑框40并通过连接部与另一个框架体固定连接，每相邻两个桁架杆50与框架体形成的剖面呈三角型。

具体地，在本实施例中，框架体设置有三个，分别为：前框架20、后框架30、中框架60，前框架20固定设于承力筒10的一端，前框架20的内侧壁设有多个第一连接部(图中未示出)；后框架30固定设于承力筒10的另一端，后框架30的内侧壁设有多个第二连接部(图中未示出)；中框架60与承力筒10的内壁固定连接，中框架60的两侧壁均设有第三连接部(图中未示出)；光阑框40设置多个且多个光阑框40之间平行间隔设置，光阑框40设在前框架20与中框架60之间或者设于中框架60与后框架30之间，光阑框40内壁安装有光阑400；桁架杆50设置多个，多个桁架杆50沿承力筒10的内壁轴向分布，结构紧凑，能够有效减小外包络的尺寸，一个桁架杆50依次连接前框架20、光阑框40以及中框架60，该桁架杆50的一端通过第一连接部与前框架20固定连接，该桁架杆50的另一端贯穿多个光阑框40并通过第三连接部与中框架60固定连接；另一个桁架杆50依次连接中框架60、光阑框40以及后框架30，该桁架杆50的一端通过第三连接部与中框架60固定连接，该桁架杆50的另一端通过第二连接部与后框架30固定连接，位于所述前框架20与所述中框架60之间的每相邻两个桁架杆50与前框架20/中框架60形成的剖面呈三角型，位于所述后框架30与所述中框架60之间的每相邻两个桁架杆50与所述后框架30/所述中框架60形成的剖面呈三角型。

本实施例中结构包括两层桁架杆50结构，装配时，逐层安装，即先将第一层中位于桁架杆50两端的前框架20、中框架60、光阑框40与承力筒10连接，再将第二层中位于桁架杆50一端的后框架30、光阑框40与承力筒10连接，实现桁架杆50的无应力装配。在另一些优选的实施例中，框架体设有三个以上，则桁架杆50结构的层数也相应增加。

进一步地，第一连接部与第二连接部交错设置，第二连接部与第三连接部交错设置，第一连接部包括相邻的两个用于容纳所述桁架杆50的第一固定孔(图中未示出)，第二连接部包括相邻的两个用于容纳所述桁架杆50的第二固定孔(图中未示出)，第三连接部包括相邻的两个用于容纳桁架杆50的第三固定孔(图中未示出)，桁架杆50的一端通过金属转接件500与第一固定孔/第二固定孔涂胶固连，桁架杆50的另一端通过金属转接件500与第三固定孔涂胶固连。

固定于第一连接部相邻的两个第一固定孔上的两根桁架杆50趋于交叉，交叉点位于前框架20上，此时，两根桁架杆50与前框架20形成的剖面呈三角型；固定于第二连接部相邻的两个第二固定孔上的两根桁架杆50趋于交叉，交叉点位于后框架30上，此时，两个桁架杆50与后框架30形成的剖面呈三角型；固定于第三连接部相邻的两个第三固定孔上的两根桁架杆50趋于交叉，交叉点位于中框架60上，此时，两个桁架杆50与中框架60形成的剖面呈三角型，即安装在中框架60两侧相邻的四个桁架杆50呈“X”型分布，交点位于中框架60上，该设置方式的结构稳定性高、整体刚度高。

进一步，前框架20的内侧壁、后框架30的内侧壁、中框架60的顶壁和光阑框40的顶壁均与承力筒10涂胶固连，前框架20、后框架30、中框架60和光阑框40均以承力筒10为安装基准，装备便捷、整体结构性好。

进一步地，光阑框40设有供桁架杆50穿设的凹槽401，桁架杆50通过凹槽401固定光阑框40。

在上述实施例的基础上，本实施例中，承力筒10、桁架杆50和光阑框40均由炭纤维材料制成，可实现承力筒10与桁架杆50、光阑框40的周向线胀系数匹配，相机主体不会因温度的变化而产生内部应力。

进一步地，在本实施例中，各部件的尺寸具体如下：

承力筒10的尺寸为1682mm×2402mm×2800mm，壁厚均匀2mm；

桁架杆50的尺寸为外径55mm，壁厚均匀4mm；

金属转接件500的尺寸为内径55mm，外径61mm；

前框架20的尺寸为1680mm×2200mm×110mm，壁厚均匀7mm；

中框架60的尺寸为1680mm×2300mm×80mm，壁厚均匀6mm；

后框架30的尺寸为1680mm×2400mm×100mm，壁厚均匀6mm。

本实施例由桁架杆50与承力筒10一体化结构组成的相机主体进行力学试验，结果表示相机主体一阶谐振频率为117Hz；相近尺寸的由桁架杆50与承力筒10分体结构组成的相机主体进行力学测试，结果表示相机主体一阶谐振频率为98Hz；表明桁架杆50与承力筒10一体化结构有较好的刚度和稳定性，能够满足光学系统对相机机身的设计要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，包括：

承力筒，所述承力筒周向封闭，轴向贯通；

前框架，所述前框架固定设于所述承力筒的一端，所述前框架的内侧壁设有多个第一连接部；

后框架，所述后框架固定设于所述承力筒的另一端，所述后框架的内侧壁设有多个第二连接部；

多个平行间隔设置的光阑框，所述光阑框设于所述前框架与所述后框架之间，所述光阑框内壁安装有光阑；

多个桁架杆，所述桁架杆依次连接所述前框架、所述光阑框以及所述后框架，所述桁架杆的一端通过第一连接部与所述前框架固定连接，所述桁架杆的另一端贯穿多个所述光阑框并通过所述第二连接部与所述后框架固定连接；

每相邻两个桁架通过所述第一连接部固定于所述前框架时，所述每相邻两个桁架的交叉点位于所述前框架上，所述每相邻两个桁架与所述前框架形成的剖面呈三角型；

或，每相邻两个桁架通过所述第二连接部固定于所述后框架时，所述每相邻两个桁架的交叉点位于所述后框架上，所述每相邻两个桁架与所述后框架形成的剖面呈三角型。

2.根据权利要求1所述的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，所述第一连接部与所述第二连接部交错设置，所述第一连接部包括相邻的两个用于容纳所述桁架杆一端的第一固定孔，所述第二连接部包括相邻的两个用于容纳所述桁架杆另一端的第二固定孔，所述桁架杆的两端分别通过金属转接件与所述第一固定孔、所述第二固定孔涂胶固连。

3.根据权利要求1所述的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，所述前框架、后框架和光阑框均与所述承力筒涂胶固连。

4.根据权利要求1所述的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，所述光阑框设有供所述桁架杆穿设的凹槽，所述桁架杆通过所述凹槽固定所述光阑框。

5.根据权利要求1所述的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，所述承力筒、桁架杆和光阑框均由炭纤维材料制成。

6.一种航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，该结构包括：

承力筒，所述承力筒周向封闭，轴向贯通；

沿所述承力筒的轴向平行间隔设置的多个框架体，所述框架体与所述承力筒的周向固定连接，所述框架体的侧壁设有多个连接部，每相邻两个所述框架体的连接部交错设置；

设置于每相邻两个所述框架体之间的光阑框，多个所述光阑框平行间隔设置，所述光阑框与所述框架体平行间隔设置，所述光阑框内壁安装有光阑；

设置于每相邻两个所述框架体之间的多个桁架杆，所述桁架杆依次连接一个所述框架体、所述光阑框和另一个所述框架体，所述桁架杆的一端通过所述连接部与一个框架体固定连接，所述桁架杆的另一端贯穿多个所述光阑框并通过所述连接部与另一个框架体固定连接；

每相邻两个桁架通过所述每相邻两个所述框架体的前一框架体中的连接部固定于所述前一框架时，所述每相邻两个桁架的交叉点位于所述前一框架上，所述每相邻两个桁架与所述前一框架形成的剖面呈三角型；

或，每相邻两个桁架通过所述每相邻两个所述框架体的后一框架体中的连接部固定于所述后一框架时，所述每相邻两个桁架的交叉点位于所述后一框架上，所述每相邻两个桁架与所述后一框架形成的剖面呈三角型。

7.根据权利要求6所述的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，所述连接部包括相邻的两个用于容纳所述桁架杆的固定孔，所述桁架杆的一端通过金属转接件与一个所述框架体的固定孔涂胶固连，所述桁架杆的另一端通过金属转接件与另一个框架体的固定孔涂胶固连。

8.根据权利要求6所述的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，所述框架体和所述光阑框均与所述承力筒涂胶固连。

9.根据权利要求6所述的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，所述光阑框设有供所述桁架杆穿设的凹槽，所述桁架杆通过所述凹槽固定所述光阑框。

10.根据权利要求6所述的航天遥感相机内嵌桁架与光阑一体化结构，其特征在于，安装在同一个所述框架体两侧相邻的四个桁架杆呈“X”型分布，交点位于所述框架体上。

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