CN110231691B - 一种交叉铰链式柔性支撑结构 - Google Patents

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Abstract

一种交叉铰链式柔性支撑结构属于微纳卫星光学遥感载荷反射镜的支撑技术领域，目的在于解决现有技术存在的反射镜粘接后环境适应能力差的问题。本发明的一种交叉铰链式柔性支撑结构包括：环形支撑体，所述环形支撑体内环面作为和反射镜粘接的粘接柱面；沿周向均布在所述环形支撑体上的同心柔性环节，通过所述同心柔性环节保证环形支撑体上的粘接柱面和反射镜粘接后镜面面型RMS值；圆周均布在所述环形支撑体外环面的多组交叉柔性铰链；以及分别和多组交叉柔性铰链连接的多组直梁型柔性铰链，通过多组所述直梁型柔性铰链和空间微纳卫星光学遥感器主承力结构连接；通过交叉柔性铰链和直梁型柔性铰链组合提供径向柔性。

Description

一种交叉铰链式柔性支撑结构
技术领域
本发明属于微纳卫星光学遥感载荷反射镜的支撑技术领域，具体涉及一种交叉铰链式柔性支撑结构。
背景技术
空间微纳卫星光学遥感载荷是航空航天微型遥感器的重要研究领域之一，其具备结构紧凑、体积小、重量轻以及反射成本低等优势。空间微纳卫星光学遥感器的关键结构是空间反射镜以及反射镜的固定支撑。反射镜的固定支撑方式将直接影响反射镜自身的镜面面型RMS值，进而影响整个系统的波像差，也就影响了系统成像能力。为保证微纳卫星遥感器的成像质量，反射镜的支撑方式尤为重要，要有良好的动、静态力学性能，一种好的主镜柔性支撑设计，不仅能保证微纳卫星遥感器的成像质量，还会降低反射镜组件研制周期、以及研制成本。
现有技术中的反射镜的固体支撑结构一般采用中心轴支撑、背部单点/多点支撑、周边支撑和组合支撑等方式，反射镜粘接后环境适应能力差，影响整个系统的成像能力。
发明内容
本发明的目的在于提出一种交叉铰链式柔性支撑结构，解决现有技术存在的反射镜粘接后环境适应能力差的问题。
为实现上述目的，本发明的一种交叉铰链式柔性支撑结构包括：
环形支撑体，所述环形支撑体内环面作为和反射镜粘接的粘接柱面；
沿周向均布在所述环形支撑体上的同心柔性环节，通过所述同心柔性环节保证环形支撑体上的粘接柱面和反射镜粘接后镜面面型RMS值；
圆周均布在所述环形支撑体外环面的多组交叉柔性铰链；
以及分别和多组交叉柔性铰链连接的多组直梁型柔性铰链，通过多组所述直梁型柔性铰链和空间微纳卫星光学遥感器主承力结构连接；通过交叉柔性铰链和直梁型柔性铰链组合提供径向柔性。
所述同心柔性环节包括：
位于同一圆周的多个圆周均布的第一柔性环节，多个第一柔性环节所在圆周和所述环形支撑体同心，每个所述第一柔性环节为弧形槽，所述弧形槽连通环形支撑体的两端面；
和多个第一柔性环节同心设置的多个第二柔性环节，多个所述第二柔性环节圆周均布，每个所述第二柔性环节为弧形槽，所述弧形槽连通环形支撑体的两端面；所述第二柔性环节相对第一柔性环节位于外层，多个所述第二柔性环节和多个所述第一柔性环节交错设置；
设置在相邻两个第二柔性环节之间的装调安装孔；
以及多个圆周均布的切缝，每个所述切缝沿径向设置，每个所述切缝一端和第二柔性环节连通，另一端切断所述粘接柱面。
所述第一柔性环节的数量为三个；所述第二柔性环节的数量为三个；所述切缝的数量为三个。
每个所述第一柔性环节的圆心角为85°～95°；每个所述第二柔性环节的圆心角为85°～95°。
每个所述第一柔性环节和每个第二柔性环节的两端均设置有应力释放孔，所述应力释放孔大于第一柔性环节和第二柔性环节的槽宽；所述应力释放孔连通环形支撑体的两端面。
所述切缝位于粘接柱面的一端两侧设置有边缘倒角。
每组所述交叉柔性铰链包括交叉设置的第三柔性环节和第四柔性环节，所述第三柔性环节和第四柔性环节均为连接板，交叉设置的第三柔性环节和第四柔性环节整体的一端和所述环形支撑体外环面固定连接，另一端和直梁型柔性铰链固定连接。
交叉设置的第三柔性环节、第四柔性环节的一端和直梁型柔性铰链为一体式结构。
每组所述直梁型柔性铰链为一个固定板，所述固定板在和交叉柔性铰链连接一侧设置有第五柔性环节，所述第五柔性环节为在固定板的安装面上开的通槽；所述固定板的安装面上开有注胶槽，注胶槽上设置有沿环形支撑体轴向的注浇入口和注浇出口以及两个垂直第五柔性环节的贯通孔，一个所述贯通孔一端和所述注浇出口连通，另一端和所述固定板侧面连通；另一个所述贯通孔一端和所述注浇入口连通，另一端和所述固定板侧面连通；每个所述固定板上还包括固定安装孔，两个所述固定安装孔位于所述注胶槽两侧。
所述环形支撑体的粘接柱面一端设置有顶部倒角。
本发明的有益效果为：
1、本发明柔性支撑结构的切缝，可以实现消热功能，反射镜组件对温度变化较常规背部柔节、锥套式支撑方案相比，更稳定，其具备轴向、径向和周向的自由度释放，可实现镀膜后粘接柔性支撑件，可以有效降低环境变化(微重力环境、温度变化、振动、噪声、装配误差等)产生应力对光学系统的影响；
2、本发明柔性支撑结构的自身回转中心与反射镜质心重合，减小反射镜的偏心和倾斜，实现反射镜位置的精确固定；
3、本发明适用小口径反射镜中心支撑，该设计不仅能提高空间光学遥感器入轨后的温度适应能力，还可以缩短反射镜研制周期(粘接、环境试验、精修面型等)，降低相机研制成本。
附图说明
图1为本发明的一种交叉铰链式柔性支撑结构总体结构图；
图2为本发明的一种交叉铰链式柔性支撑结构俯视图；
图3为本发明的一种交叉铰链式柔性支撑仰视结构图；
图4为本发明图3中I位置处的局部放大图；
图5为本发明图4中的局部剖视图；
其中：1、环形支撑体，101、粘接柱面，102、顶部倒角，2、同心柔性环节，201、第一柔性环节，202、第二柔性环节，203、切缝，204、应力释放孔，205、装调安装孔，206、边缘倒角，3、交叉柔性铰链，301、第三柔性环节，302、第四柔性环节，4、直梁型柔性铰链，401、固定板，402、安装面，403、第五柔性环节，404、注胶槽，405、注浇入口，406、注浇出口，407、贯通孔，408、固定安装孔，5、反射镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1-附图5本发明的一种交叉铰链式柔性支撑结构包括：
环形支撑体1，所述环形支撑体1内环面作为和反射镜5粘接的粘接柱面101；
沿周向均布在所述环形支撑体1上的同心柔性环节2，通过所述同心柔性环节2保证环形支撑体1上的粘接柱面101和反射镜5粘接后镜面面型RMS值；
圆周均布在所述环形支撑体1外环面的多组交叉柔性铰链3；
以及分别和多组交叉柔性铰链3连接的多组直梁型柔性铰链4，通过多组所述直梁型柔性铰链4和空间微纳卫星光学遥感器主承力结构连接；通过交叉柔性铰链3和直梁型柔性铰链4组合提供径向柔性。
所述同心柔性环节2包括：
位于同一圆周的多个圆周均布的第一柔性环节201，多个第一柔性环节201所在圆周和所述环形支撑体1同心，每个所述第一柔性环节201为弧形槽，所述弧形槽连通环形支撑体1的两端面；
和多个第一柔性环节201同心设置的多个第二柔性环节202，多个所述第二柔性环节202圆周均布，每个所述第二柔性环节202为弧形槽，所述弧形槽连通环形支撑体1的两端面；所述第二柔性环节202相对第一柔性环节201位于外层，多个所述第二柔性环节202和多个所述第一柔性环节201交错设置；
设置在相邻两个第二柔性环节202之间的装调安装孔205；
以及多个圆周均布的切缝203，每个所述切缝203沿径向设置，每个所述切缝203一端和第二柔性环节202连通，另一端切断所述粘接柱面101。
所述第一柔性环节201的数量为三个；所述第二柔性环节202的数量为三个；所述切缝203的数量为三个。
每个所述第一柔性环节201的圆心角为85°～95°；每个所述第二柔性环节202的圆心角为85°～95°。本实施例选用的第一柔性环节201的圆心角为90°，第二柔性环节202的圆心角为90°。
每个所述第一柔性环节201和每个第二柔性环节202的两端均设置有应力释放孔204，所述应力释放孔204大于第一柔性环节201和第二柔性环节202的槽宽；所述应力释放孔204连通环形支撑体1的两端面，可有效减小应力集中。
所述切缝203位于粘接柱面101的一端两侧设置有边缘倒角206。
本发明的柔性支撑结构安装支撑反射镜5后与反射镜5最小粘接面积可计算获得，粘接柱面101被3处均布1mm宽的切缝203切断；在反射镜5与柔性支撑结构粘接固化过程中，由于切缝203作用，径向刚度减小，使第一柔性环节201和第二柔性环节202充分发挥柔性作用，吸收掉胶层固化收缩带来的应力，保证粘接后镜面面形RMS值不变。
每组所述交叉柔性铰链3包括交叉设置的第三柔性环节301和第四柔性环节302，所述第三柔性环节301和第四柔性环节302均为连接板，交叉设置的第三柔性环节301和第四柔性环节302整体的一端和所述环形支撑体1外环面固定连接，另一端和直梁型柔性铰链4固定连接。
交叉设置的第三柔性环节301、第四柔性环节302的一端和直梁型柔性铰链4为一体式结构。
每组所述直梁型柔性铰链4为一个固定板401，所述固定板401在和交叉柔性铰链3连接一侧设置有第五柔性环节403，所述第五柔性环节403为在固定板401的安装面402上开的通槽；所述固定板401的安装面402上开有注胶槽404，用于确保反射镜5组件的位置精度，注胶槽404上设置有沿环形支撑体1轴向的注浇入口405和注浇出口406以及两个垂直第五柔性环节403的贯通孔407，一个所述贯通孔407一端和所述注浇出口406连通，另一端和所述固定板401侧面连通；另一个所述贯通孔407一端和所述注浇入口405连通，另一端和所述固定板401侧面连通；每个所述固定板401上还包括固定安装孔408，两个所述固定安装孔408位于所述注胶槽404两侧。
所述交叉柔性铰链3包含第三柔性环节301、第四柔性环节302，第三柔性环节301和第四柔性环节302交叉布置，交叉柔性铰链3可以提供转动正刚度，抵消结构自身的转动负刚度，维持支撑结构自身回转中心与质心重合，维持一个相对稳定的状态，第五柔性环节403用于增加力传递路径，改善安装面402共面误差对反射镜5面形的影响。
所述环形支撑体1的粘接柱面101一端设置有顶部倒角102。
本发明的与反射镜5的连接方式采用柱面粘接，柱面粘接的好处可以避免反射镜5配研锥孔这一环节，反射镜5加工柱面时只需严格保证柱面的圆柱度即可，其精度达到0.005mm即可，机械件加工粘接柱面101时保证相同精度即可，利用机床配车柔性支撑内径，可保证正常的胶层厚度，单边0.015mm～0.025mm。
所述的直梁型柔性铰链4的固定板401的安装面402预留固定安装孔408，固定安装孔408可以是通孔也可以是螺纹孔，用于与主承力结构相连，第一柔性环节201、第二柔性环节202间的装调安装孔205作用是辅助装调，为螺纹孔，装调完毕，即可从注胶入口注入环氧胶，待注胶出口有胶溢出，意味着注胶槽404里环氧胶已经充满，即可完成注胶过程。装调安装孔205是指光机装调时固定反射镜5空间位置的安装孔，此孔连接件为装调工装。

Claims (9)

1.一种交叉铰链式柔性支撑结构，其特征在于，包括：
环形支撑体(1)，所述环形支撑体(1)内环面作为和反射镜(5)粘接的粘接柱面(101)；
沿周向均布在所述环形支撑体(1)上的同心柔性环节(2)，通过所述同心柔性环节(2)保证环形支撑体(1)上的粘接柱面(101)和反射镜(5)粘接后镜面面型RMS值；
圆周均布在所述环形支撑体(1)外环面的多组交叉柔性铰链(3)；
以及分别和多组交叉柔性铰链(3)连接的多组直梁型柔性铰链(4)，通过多组所述直梁型柔性铰链(4)和空间微纳卫星光学遥感器主承力结构连接；通过交叉柔性铰链(3)和直梁型柔性铰链(4)组合提供径向柔性；
所述同心柔性环节(2)包括：
位于同一圆周的多个圆周均布的第一柔性环节(201)，多个第一柔性环节(201)所在圆周和所述环形支撑体(1)同心，每个所述第一柔性环节(201)为弧形槽，所述弧形槽连通环形支撑体(1)的两端面；
和多个第一柔性环节(201)同心设置的多个第二柔性环节(202)，多个所述第二柔性环节(202)圆周均布，每个所述第二柔性环节(202)为弧形槽，所述弧形槽连通环形支撑体(1)的两端面；所述第二柔性环节(202)相对第一柔性环节(201)位于外层，多个所述第二柔性环节(202)和多个所述第一柔性环节(201)交错设置；
设置在相邻两个第二柔性环节(202)之间的装调安装孔(205)；
以及多个圆周均布的切缝(203)，每个所述切缝(203)沿径向设置，每个所述切缝(203)一端和第二柔性环节(202)连通，另一端切断所述粘接柱面(101)。
2.根据权利要求1所述的一种交叉铰链式柔性支撑结构，其特征在于，所述第一柔性环节(201)的数量为三个；所述第二柔性环节(202)的数量为三个；所述切缝(203)的数量为三个。
3.根据权利要求1所述的一种交叉铰链式柔性支撑结构，其特征在于，每个所述第一柔性环节(201)的圆心角为85°～95°；每个所述第二柔性环节(202)的圆心角为85°～95°。
4.根据权利要求1所述的一种交叉铰链式柔性支撑结构，其特征在于，每个所述第一柔性环节(201)和每个第二柔性环节(202)的两端均设置有应力释放孔(204)，所述应力释放孔(204)大于第一柔性环节(201)和第二柔性环节(202)的槽宽；所述应力释放孔(204)连通环形支撑体(1)的两端面。
5.根据权利要求1所述的一种交叉铰链式柔性支撑结构，其特征在于，所述切缝(203)位于粘接柱面(101)的一端两侧设置有边缘倒角(206)。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种交叉铰链式柔性支撑结构，其特征在于，每组所述交叉柔性铰链(3)包括交叉设置的第三柔性环节(301)和第四柔性环节(302)，所述第三柔性环节(301)和第四柔性环节(302)均为连接板，交叉设置的第三柔性环节(301)和第四柔性环节(302)整体的一端和所述环形支撑体(1)外环面固定连接，另一端和直梁型柔性铰链(4)固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种交叉铰链式柔性支撑结构，其特征在于，交叉设置的第三柔性环节(301)、第四柔性环节(302)的一端和直梁型柔性铰链(4)为一体式结构。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种交叉铰链式柔性支撑结构，其特征在于，每组所述直梁型柔性铰链(4)为一个固定板(401)，所述固定板(401)在和交叉柔性铰链(3)连接一侧设置有第五柔性环节(403)，所述第五柔性环节(403)为在固定板(401)的安装面(402)上开的通槽；所述固定板(401)的安装面(402)上开有注胶槽(404)，注胶槽(404)上设置有沿环形支撑体(1)轴向的注浇入口(405)和注浇出口(406)以及两个垂直第五柔性环节(403)的贯通孔(407)，一个所述贯通孔(407)一端和所述注浇出口(406)连通，另一端和所述固定板(401)侧面连通；另一个所述贯通孔(407)一端和所述注浇入口(405)连通，另一端和所述固定板(401)侧面连通；每个所述固定板(401)上还包括固定安装孔(408)，两个所述固定安装孔(408)位于所述注胶槽(404)两侧。
9.根据权利要求1所述的一种交叉铰链式柔性支撑结构，其特征在于，所述环形支撑体(1)的粘接柱面(101)一端设置有顶部倒角(102)。
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