CN111522122B - 一种中小口径空间反射镜刚性消热装置 - Google Patents

Abstract

一种中小口径空间反射镜刚性消热装置涉及空间遥感技术领域，解决了系统刚度低和变形量大的问题，包括衬套、支撑筒和背板；反射镜镜体背面上设有粘接圆柱孔，衬套和支撑筒均为一端具有开口的圆筒状结构，衬套的外圆柱面与粘接圆柱孔相粘接，衬套的底面设有螺纹通孔一，支撑筒的筒底面上对应螺纹通孔一设有光孔一，支撑筒通过螺纹通孔一和光孔一连接衬套，支撑筒开口处的筒壁上设有法兰，法兰上设有螺纹通孔二，背板上对应螺纹通孔二设有光孔二，背板通过螺纹通孔二和光孔二连接支撑筒，背板上设有外连接安装部。本发明实现了降低镜体热变形的目的，兼顾了空间反射镜的热稳定性和刚度要求，保证了遥感器具有良好的成像质量。

Description

一种中小口径空间反射镜刚性消热装置

技术领域

本发明涉及空间遥感技术领域，具体涉及一种中小口径空间反射镜刚性消热装置。

背景技术

遥感器在地面装调阶段及在轨运行的过程中，其工作环境温度无法保持恒定，变化的温度场会导致空间反射镜发生热变形，进而影响反射镜的面形精度、减低遥感器的成像质量；为了适应变化的环境温度，遥感器中的空间反射镜中普遍采用了消热结构。目前，常见的消热结构均为“柔性结构”，其做法是在反射镜的支撑零件上加工出诸如柔性槽、弹簧片等易变形的结构，从而向反射镜组件内引入柔性环节；当环境温度发生改变、结构整体出现热胀冷缩的过程中，这些柔性环节更容易变形，起到吸收反射镜组件内部大部分应变能的作用，从而隔离热应力向反射镜镜体的传导，减弱温度对空间反射镜的影响。

上述传统柔性消热结构虽然可以削弱温度变化对反射镜的负面影响，但同时存在系统刚度低、变形量大的缺点，柔性结构的消热效果和系统刚度之间存在矛盾：为了提升柔性结构吸收热变形的能力，就必须使柔性环节充分薄弱、柔软，而此时结构刚度大幅降低，导致反射镜组件在重力工况下出现较为严重的镜体倾斜和位移，该效应将导致遥感器内光学元件间的相对位置偏离允差范围，直接降低遥感器的工作性能。面对现今需求兼顾了空间反射镜的热稳定性和刚度要求的消热装置进行研发并提出本方案。

发明内容

为了解决需求兼顾了空间反射镜的热稳定性和刚度要求的消热装置的问题，本发明提供一种中小口径空间反射镜刚性消热装置。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，包括衬套、支撑筒和背板；所述反射镜镜体背面上设有粘接圆柱孔，衬套和支撑筒均为一端具有开口的圆筒状结构，衬套外圆柱面与粘接圆柱孔相粘接，衬套底面设有螺纹通孔一，支撑筒的筒底面上对应螺纹通孔一设有光孔一，支撑筒通过螺纹通孔一和光孔一连接衬套，支撑筒开口处的筒壁上设有法兰，法兰上设有螺纹通孔二，背板上对应螺纹通孔二设有光孔二，背板通过螺纹通孔二和光孔二连接支撑筒，背板上设有外连接安装部。

本发明的有益效果是：

本发明一种中小口径空间反射镜刚性消热装置采用全新的消热思路，通过延长和优化组件内部热应力的传力路径，实现了降低镜体热变形的目的。本发明兼顾了空间反射镜的热稳定性和刚度要求，保证了遥感器具有良好的成像质量：一方面，该刚性消热装置与传统消热结构相比，可以更加有效地提升空间反射镜的温度稳定性，反射镜的热变形更小；另一方面，该刚性消热装置中整个系统的刚度得以保障，镜体的倾斜和位移均较小。

附图说明

图1为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置的俯视图。

图2为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置图1沿A-A’的剖视图。

图3为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置的反射镜镜体内部的结构示意图。

图4为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置的衬套的结构图。

图5为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置图4沿B-B’的剖视图。

图6为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置的支撑筒的结构图。

图7为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置图6沿C-C’的剖视图。

图8为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置的背板的结构图。

图9为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置图8沿D-D’的剖视图。

图10为本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置图8沿E-E’的剖视图。

图中：1、反射镜镜体，2、衬套，3、支撑筒，4、背板，5、粘接圆柱孔，6、镜体磨削空刀孔，7、减重坑，8、圆管，9、衬套底面，10、衬套外圆柱面，11、衬套内圆柱面，12、衬套磨削空刀，13、通气孔一，14、螺纹通孔一，15、筒底面，16、筒壁，17、法兰，18、光孔一，19、螺纹通孔二，20、板体，21、光孔二，22、外连接安装部，23、光孔三，24、通气孔三，25、凹坑，26、环形凸台，27、通气孔二。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，包括衬套2、支撑筒3和背板4。结构如图1和图2所示。衬套2、支撑筒3和背板4均采用刚性结构。中小口径空间反射镜称为反射镜镜体1，反射镜镜体1背面设有粘接圆柱孔5。粘接圆柱孔5粘接衬套2，衬套2连接支撑筒3，支撑筒3连接背板4，本发明通过背板4外连接遥感器内其他零件。衬套2和支撑筒3均为一端具有开口的圆筒状结构，衬套外圆柱面10与粘接圆柱孔5相粘接，衬套底面9设有螺纹通孔一14，支撑筒3的筒底面15上对应螺纹通孔一14设有光孔一18，支撑筒3通过螺纹通孔一14和光孔一18连接衬套2，支撑筒3开口处的筒壁16上设有法兰17，法兰17上设有螺纹通孔二19，背板4上对应螺纹通孔二19设有光孔二21，背板4通过螺纹通孔二19和光孔二21连接支撑筒3，背板4上设有外连接安装部22。具体描述如下：

如图3，粘接圆柱孔5位于反射镜镜体1背面的中心位置，粘接圆柱孔5内设有镜体磨削空刀孔6，镜体磨削空刀孔6内设有减重坑7。减重坑7、镜体磨削空刀孔6和粘接圆柱孔5顺次连接且从镜体内向镜体背面依次设置。粘接圆柱孔5、镜体磨削空刀孔6和减重坑7共同作为反射镜镜体1背面的盲孔。镜体磨削空刀孔6用于粘接圆柱孔5的加工，保证粘接圆柱孔5加工精度，只加工镜体磨削空刀孔6之下的区域作为粘接圆柱孔5。减重坑7用于反射反射镜镜体1减重，减重坑7的深度根据反射镜镜体1的厚度决定。粘接圆柱孔5的侧壁作为反射镜镜体1与衬套2的粘接面，称为粘接内圆柱面，粘接内圆柱面的粘接面积大小由反射镜镜体1的重量决定，反射镜镜体1越重，粘接内圆柱面的粘接面积越大，以保证反射镜镜体1与衬套2之间粘接牢固；同时，加工粘接圆柱孔5的过程中，要尽量保证粘接圆柱孔5的圆柱度，以保证粘接过程中胶层的厚度均匀。减重坑7的形状不限，用于减轻反射镜镜体1的重量，本实施方式中减重坑7为圆柱形，镜体磨削空刀孔6为圆柱形。减重坑7的直径小于镜体磨削空刀孔6的直径，镜体磨削空刀孔6的直径大于粘接圆柱孔5的直径。采用平行于反射镜反射面(正面)的平面截取反射镜镜体1的盲孔，镜体磨削空刀孔6的截面面积大于粘接圆柱孔5的截面面积，减重坑7的截面面积小于镜体磨削空刀孔6的截面面积。

如图4和图5，衬套2为一端开口的圆筒状结构，衬套2包括圆管8和位于圆管8一端的衬套底面9，衬套底面9作为圆管8的底部，也就是衬套2包括衬套外圆柱面10(圆管8外表面)、衬套内圆柱面11(圆管8内表面)和衬套底面9，衬套内圆柱面11与衬套底面9交汇处的衬套底面9上设有衬套磨削空刀12，衬套磨削空刀12用于衬套内圆柱面11和衬套底面9的加工，衬套磨削空刀12为圆环状凹槽，衬套磨削空刀12与衬套外圆柱面10的距离小于等于衬套内圆柱面11与衬套外圆柱面10的距离，本实施方式中该圆环状凹槽外壁与衬套内圆柱面11共面。衬套2材料采用铟钢，其线胀系数要根据反射镜镜体1的材料属性进行调制，使二者间的线胀系数差异尽量减小，从而减小热变形。衬套底面9放入粘接圆柱孔5中，衬套外圆柱面10与反射镜镜体1之中的粘接内圆柱面相互配合，通过胶粘连接在一起，二者的柱面直径要经过配作，以保证二者接触良好。衬套底面9设有用来与支撑筒3实现连接固定的螺纹通孔一14；衬套底面9设有通气孔一13，优选的是通气孔一13设置在衬套底面9的中心位置处，螺纹通孔一14为六个，六个螺纹通孔一14沿圆周阵列分布，即在通气孔一13的四周均匀分布六个螺纹通孔一14，螺纹通孔一14环绕通气孔一13。

如图6和图7，支撑筒3为一端开口的圆筒状结构，支撑筒3开口处连接有法兰17，也就是开口处具有法兰17端面的圆筒状结构。支撑筒3包括筒底面15、筒壁16和法兰17，筒壁16的一端连接筒底面15，另一端连接法兰17，法兰17位于筒壁16外侧。支撑筒3采用钛合金制造。筒底面15上对应螺纹通孔一14设有光孔一18，具体为筒底面15上具有六处均匀分布的光孔一18，用来供螺钉穿过，这些光孔一18与底面上的螺纹通孔一14一一对应，通过螺钉穿过光孔一18后和螺纹通孔一14螺纹连接实现衬套底面9和筒底面15的固定，即实现衬套2与支撑筒3的固定。筒底面15上对应通气孔一13设有通气孔二27，通气孔二27位于筒底面15的中心位置，通气孔一13与通气孔二27相对应，使得反射镜镜体1与衬套2完成粘接后，减重坑7可以与外界空气联通。法兰17上面设有螺纹通孔二19，螺纹通孔二19对应光孔一18设置，数量和光孔一18相同，螺纹通孔二19和光孔一18一一对应设置，螺纹通孔二19的轴线和与其对应的光孔一18的轴线共面，本实施方式中法兰17上均匀布置了六处螺纹通孔二19，这些螺纹通孔二19与筒底面15中的光孔一18按照相同相位布置，环绕筒壁16设置。衬套底面9和支撑筒3筒底面15均位于盲孔内。衬套2和支撑筒3均为旋转对称结构。

背板4包括板体20、设置在板体20上的光孔二21和设置在板体20上的外连接安装部22，一种中小口径空间反射镜刚性消热装置通过外连接安装部22连接外部其他装置。背板4采用钛合金或铝基碳化硅制造。光孔二21与螺纹通孔二19一一对应设置，螺钉穿过光孔二21与螺纹通孔二19连接，通过螺钉、光孔二21与螺纹通孔二19实现背板4和支撑筒3的连接。背板4结构如图8、图9和图10。板体20上设有通气孔三24，通气孔三24对应通气孔二27设置，通气孔三24使得减重坑7可以与外界空气联通，本实施方式中通气孔三24的大小和形状均和筒底面15相同，也就是和支撑筒3开口的大小相等、形状相同。背板4采用如图8所示的近似三角形的板状结构。板体20上设有凹坑25，通气孔三24设置在凹坑25底面上，光孔二21设置在凹坑25底面上，光孔二21环绕通气孔三24。凹坑25使得用于连接板体20和法兰17的螺钉可以沉入背板4之中，避免了螺钉头部突出。优选的是，板体20上设有凸台，凸台与法兰17相对应，上述光孔二21设置在凸台和凹坑25底面上。凸台可为环形凸台26，环形凸台26连接凹坑25底面，凹坑25设置在板体20的正面，环形凸台26设置在板体20的背面，环形凸台26凸出于板体20背面，环形凸台26上面均匀布置了六处供螺钉穿过的光孔二21，这些光孔二21与法兰17上的螺纹通孔二19对应，背板4与支撑筒3之间通过此处的螺钉固定在一起。外连接安装部22共三处，分别位于三角形背板4的三个顶点处，每处外连接安装部22之内布置有若干光孔三23，以供螺钉穿过，用于将一种中小口径空间反射镜刚性消热装置与遥感器内其他零件之间通过螺钉实现连接。

本发明的装配过程：根据反射镜镜体1中粘接圆柱孔5的直径，加工衬套外圆柱面10直径，使得衬套2可以顺利的放入反射镜镜体1的粘接圆柱孔5中，同时二者间的间隙又不至于过大；将支撑筒3放入衬套2之中，筒底面15与衬套底面9接触，通气孔一13与通气孔二27对准，筒底面15上的光孔一18与底面上的螺纹通孔一14一一对应，使用六颗螺钉将衬套2与支撑筒3二者固定在一起，用砂纸将衬套2用于粘接的衬套外圆柱面10打毛，以增加粘接强度。将反射镜镜体1倒扣在桌面上，使粘接圆柱孔5的开口朝上；在反射镜镜体1的粘接圆柱孔5(粘接内圆柱面)上涂胶，将衬套2和支撑筒3二者共同放入反射镜镜体1的粘接圆柱孔5中并旋转数圈，使粘接圆柱孔5与衬套外圆柱面10充分接触，二者之间的胶层分布均匀；利用适当的工装或夹具保证反射镜镜体1与支撑筒3之间的相对角度关系并维持法兰17与反射镜镜体1背面的距离，以防止胶粘剂固化过程中衬套2和支撑筒3落入粘接圆柱孔5之中。待粘接内圆柱面与衬套外圆柱面10之间的胶粘剂完成固化，反射镜镜体1、衬套2及支撑筒3三者即固定在一起，这时再将背板4覆盖在支撑筒3之上，令环形凸台26的光孔二21与法兰17上的螺纹通孔二19一一对应，使用六颗螺钉将二者固定在一起，空间反射镜可以通过安装部上布置的光孔三23与遥感器内其他零件之间通过螺钉实现连接。至此，本发明的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置的装配全部完成。

本发明提出一种适用于中小口径的新型空间反射镜刚性消热结构，其工作原理如下：当环境温度变化时，反射镜组件发生热胀冷缩，由于背板4的外连接安装部22固定，背板4内部产生较大作用力，该作用力首先向支撑筒3传递，依次经过法兰17、筒壁16等部位，会聚至支撑筒3的筒底面15；接下来，这一作用力再从支撑筒3的筒底面15传递至衬套底面9，进而再向四周发散至衬套2的外壁上，最后再通过衬套外圆柱面10均匀地传导至反射镜镜体1的粘接圆柱孔5内部。

本发明的刚性消热结构摒弃了中小口径空间反射镜传统柔性消热结构中常见的“镜体-芯轴-背板4”组合关系，引入了“反射镜镜体1-衬套2-支撑筒3-背板4”的全新结构形式，通过优化、延长组件内部的传力路径，消除热应力时更加彻底，消热效果更加明显。

本发明的刚性消热结构中的衬套2、支撑筒3等组成部分中均不含柔性环节，反射镜组件的结构刚度得到最大程度上的保证。本发明在消除组件热变形的同时，实现了反射镜的刚性支撑，从而确保了反射镜的倾角和位移均处于很小的范围内，对保证遥感器的成像质量具有重要意义。

此外，本发明中的衬套2、支撑筒3均为圆筒状结构，二者相互嵌套，筒底面15与衬套底面9之间以及法兰17与背板4环形凸台26之间紧密接触，该连接方式受力合理且可靠性高；同时，衬套2和支撑筒3均为旋转对称结构，制造工艺简单，省去了加工柔性环节时所需要的特种加工工艺，加工效率更高、成本更低。

Claims (8)

1.一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，其特征在于，包括衬套(2)、支撑筒(3)和背板(4)；所述反射镜镜体(1)背面上设有粘接圆柱孔(5)，衬套(2)和支撑筒(3)均为一端具有开口的圆筒状结构，衬套外圆柱面(10)与粘接圆柱孔(5)相粘接，衬套底面(9)设有螺纹通孔一(14)，支撑筒(3)的筒底面(15)上对应螺纹通孔一(14)设有光孔一(18)，支撑筒(3)通过螺纹通孔一(14)和光孔一(18)连接衬套(2)，支撑筒(3)开口处的筒壁(16)上设有法兰(17)，法兰(17)上设有螺纹通孔二(19)，背板(4)上对应螺纹通孔二(19)设有光孔二(21)，背板(4)通过螺纹通孔二(19)和光孔二(21)连接支撑筒(3)，背板(4)上设有外连接安装部(22)；所述衬套(2)、支撑筒(3)和背板(4)均采用刚性结构。

2.如权利要求1所述的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，其特征在于，所述反射镜镜体(1)的粘接圆柱孔(5)内设有镜体磨削空刀孔(6)，镜体磨削空刀孔(6)内设有用于反射镜镜体(1)减重的减重坑(7)，衬套底面(9)设有通气孔一(13)，支撑筒(3)的底面对应通气孔一(13)设有通气孔二(27)，背板(4)上对应通气孔二(27)设有通气孔三(24)。

3.如权利要求2所述的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，其特征在于，所述镜体磨削空刀孔(6)横截面的面积大于减重坑(7)横截面的面积，所述横截面平行于反射镜镜体(1)反射面。

4.如权利要求2所述的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，其特征在于，所述背板(4)上设有凹坑(25)，光孔二(21)和通气孔三(24)均设置在凹坑(25)底面上，用于穿过光孔二(21)连接螺纹通孔二(19)的螺钉的头部位于凹坑(25)内。

5.如权利要求4所述的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，其特征在于，所述背板(4)的板体(20)上对应法兰(17)设有凸台，所述光孔二(21)设置在凸台和凹坑(25)底面上。

6.如权利要求1所述的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，其特征在于，所述衬套底面(9)上设有衬套磨削空刀(12)。

7.如权利要求1所述的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，其特征在于，所述光孔一(18)与螺纹通孔二(19)按照相同相位布置。

8.如权利要求1所述的一种中小口径空间反射镜刚性消热装置，其特征在于，所述支撑筒(3)采用钛合金制造，衬套(2)采用铟钢制造。

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