CN112346203A - 一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置 - Google Patents

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崔世程
武永见
高扬
范俊杰
张丽
孙德伟
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Abstract

本发明涉及一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，包括分块式反射镜、柔性座和柔性板；柔性板与外界6自由度调整机构连接，多个分块式反射镜组装在一起，通过6自由度调整机构将多个分块式反射镜调整成满足一定面形要求的反射面；分块式反射镜光轴竖直放置，分块式反射镜通过背部九点离散支撑的形式与柔性座连接，9个支撑点分布在两个圆周上，内圆3个支撑点成120度均布，外圆6个支撑点成60度均布。本发明具有适当的柔度，可以降低加工一致性误差、装配及温度变化对面形精度的影响，实现分块式反射镜的高力热稳定性。

Description

一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置
技术领域
本发明涉及一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，属于航天光学遥感技术领域。
背景技术
随着对空间相机分辨率要求的不断提高，光学系统口径越来越大，甚至无法适应现有运载火箭的运载能力。拼接式主反射镜是目前实现超大口径空间相机的主要技术途径之一，即将主反射镜分割成尺寸相对较小的分块式反射镜，在地面研制阶段分块加工、检测和装配，入轨以后再进行全口径的反射镜拼接。由于分块式反射镜要求轻量化设计，同时具备6自由度调整的能力，因此分块式反射镜的支撑结构将面临更大的挑战。首先，反射镜刚度的下降会导致分块式反射镜更容易受到重力、发射载荷以及装配应力的影响；其次，分块式反射镜补偿因环境温度变化及镜体温度梯度而产生的镜面热变形的需求更为迫切。
当前，反射镜支撑技术在国内外空间相机上已有成熟应用，但是与常见的圆形一体反射镜、长条形一体反射镜不同，分块式反射镜多为六边形反射镜，且对支撑结构兼具轻量化与适当柔度的设计提出了更高的要求，相应的具有高力热稳定性的多点离散支撑装置尚未有成功在轨应用。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，实现3点浮动支撑，能够保证对力、热的适度隔离，并具有适当的“柔度”来满足面形精度以及成像的要求。
本发明解决技术的方案是：
一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，包括分块式反射镜、柔性座和柔性板；
柔性板与外界6自由度调整机构连接，多个分块式反射镜组装在一起，通过6自由度调整机构将多个分块式反射镜调整成满足一定面形要求的反射面；
分块式反射镜光轴竖直放置，分块式反射镜通过背部九点离散支撑的形式与柔性座连接，9个支撑点分布在两个圆周上，内圆3个支撑点成120度均布，外圆6个支撑点成60度均布；
柔性座采用两头粗中间细的圆柱结构形式，可以在提供轴向支撑的同时释放转动自由度；
9个柔性座分成3组，每组由外圆上相邻的2个柔性座与内圆上1个柔性座组成；
同一组的3个柔性座与一个柔性板连接；
每个柔性板上有3处双面凹槽，以实现柔性铰链功能；
柔性座与柔性板之间紧固连接，最终该9点离散支撑装置实现多层柔性浮动支撑。
进一步的，分块式反射镜比刚度不小于30×106m2/s2。
进一步的，柔性座热膨胀系数不大于2.5×10-6/℃。
进一步的，柔性板、球头垫片A、球头垫片B、螺钉、球头垫片C为钛合金材料。
进一步的，分块式反射镜热膨胀系数不大于2.5×10-6/℃。
进一步的，分块式反射镜与柔性座之间有0.2-0.5mm间隙，采用胶斑粘接。
进一步的，柔性座与柔性板之间通过球头垫片A、球头垫片B、螺钉、球头垫片C注胶紧固连接。
进一步的，凹槽圆弧半径与凹槽中间厚度的比值为0.4～1.5。
进一步的，柔性座中间细段小圆柱直径为1-4mm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用背部9点支撑，通过多层柔性铰链(2-3之间细的)转换成3点支撑，在均匀支撑反射镜重量的同时，也有利于在该支撑装置以外进行额外的6自由度调整机构的设计；
(2)该发明中每3个柔性座与1个柔性板之间采用球头垫片形式实现自适应紧固连接，避免3个柔性座底面不在同一个平面内引起过定位问题；
(3)该发明中柔性座、柔性板均能释放自由度，而球头垫片在紧固时具备自适应性，在这3层结构的综合调整下，该支撑装置具有适当的柔度，可以降低加工一致性误差、装配及温度变化对面形精度的影响，实现分块式反射镜的高力热稳定性。
附图说明
图1为本发明分块式反射镜多点离散支撑装置示意图；
图2为本发明局部支撑装置示意图；
图3为本发明局部支撑装置剖视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，如图1-3所示，包括分块式反射镜1、柔性座2和柔性板3；
柔性板3与外界6自由度调整机构连接，多个分块式反射镜1组装在一起，通过6自由度调整机构将多个分块式反射镜1调整成满足一定面形要求的反射面；
分块式反射镜1光轴竖直放置，分块式反射镜1通过背部九点离散支撑的形式与柔性座2连接，9个支撑点分布在两个圆周上，内圆3个支撑点成120度均布，外圆6个支撑点成60度均布；
柔性座2采用两头粗中间细的圆柱结构形式，可以在提供轴向支撑的同时释放转动自由度；
9个柔性座2分成3组，每组由外圆上相邻的2个柔性座与内圆上1个柔性座组成；
同一组的3个柔性座2与一个柔性板3连接；
每个柔性板3上有3处双面凹槽，以实现柔性铰链功能；
柔性座2与柔性板3之间紧固连接，最终该9点离散支撑装置实现多层柔性浮动支撑。
柔性板3、球头垫片A4、球头垫片B5、螺钉6、球头垫片C7为钛合金材料。
分块式反射镜1与柔性座2之间有0.2-0.5mm间隙，采用胶斑粘接。
柔性座2与柔性板3之间通过球头垫片A4、球头垫片B5、螺钉6、球头垫片C7注胶紧固连接。
凹槽圆弧半径与凹槽中间厚度的比值为0.4～1.5。
柔性座2中间细段小圆柱直径为1-4mm。
分块式反射镜1采用比刚度不小于30×106m2/s2、热膨胀系数不大于2.5×10-6/℃(10～30℃)的玻璃材料；
柔性座2采用热膨胀系数不大于2.5×10-6/℃(10～30℃)的金属材料。
柔性座2中间细段直径尺寸基于球铰刚度设计，考虑工艺性一般取1～4(mm)，对于反射镜支撑而言推荐取2；
柔性板3双面凹槽尺寸基于直圆型铰链刚度设计，凹槽圆弧半径r与凹槽中间厚度t的比值为0.4～1.5之间，对于多层柔性设计形式，推荐取0.6。
本发明采用背部9点支撑，通过多层柔性铰链(2-3之间细的)转换成3点支撑，在均匀支撑反射镜重量的同时，也有利于在该支撑装置以外进行额外的6自由度调整机构的设计；
本发明中每3个柔性座与1个柔性板之间采用球头垫片形式实现自适应紧固连接，避免3个柔性座底面不在同一个平面内引起过定位问题；
本发明中柔性座、柔性板均能释放自由度，而球头垫片在紧固时具备自适应性，在这3层结构的综合调整下，该支撑装置具有适当的柔度，可以降低加工一致性误差、装配及温度变化对面形精度的影响，实现分块式反射镜的高力热稳定性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，其特征在于，包括分块式反射镜(1)、柔性座(2)和柔性板(3)；
柔性板(3)与外界6自由度调整机构连接，多个分块式反射镜(1)组装在一起，通过6自由度调整机构将多个分块式反射镜(1)调整成满足一定面形要求的反射面；
分块式反射镜(1)光轴竖直放置，分块式反射镜(1)通过背部九点离散支撑的形式与柔性座(2)连接，9个支撑点分布在两个圆周上，内圆3个支撑点成120度均布，外圆6个支撑点成60度均布；
柔性座(2)采用两头粗中间细的圆柱结构形式，可以在提供轴向支撑的同时释放转动自由度；
9个柔性座(2)分成3组，每组由外圆上相邻的2个柔性座与内圆上1个柔性座组成；
同一组的3个柔性座(2)与一个柔性板(3)连接；
每个柔性板(3)上有3处双面凹槽，以实现柔性铰链功能；
柔性座(2)与柔性板(3)之间紧固连接，最终该9点离散支撑装置实现多层柔性浮动支撑。
2.根据权利要求1所述的一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，其特征在于，分块式反射镜(1)比刚度不小于30×106m2/s2。
3.根据权利要求1所述的一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，其特征在于，柔性座(2)热膨胀系数不大于2.5×10-6/℃。
4.根据权利要求1所述的一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，其特征在于，柔性板(3)、球头垫片A(4)、球头垫片B(5)、螺钉(6)、球头垫片C(7)为钛合金材料。
5.根据权利要求1所述的一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，其特征在于，分块式反射镜(1)热膨胀系数不大于2.5×10-6/℃。
6.根据权利要求1所述的一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，其特征在于，分块式反射镜(1)与柔性座(2)之间有0.2-0.5mm间隙，采用胶斑粘接。
7.根据权利要求1所述的一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，其特征在于，柔性座(2)与柔性板(3)之间通过球头垫片A(4)、球头垫片B(5)、螺钉(6)、球头垫片C(7)注胶紧固连接。
8.根据权利要求1所述的一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，其特征在于，凹槽圆弧半径与凹槽中间厚度的比值为0.4～1.5。
9.根据权利要求1所述的一种具有高力热稳定性的分块式反射镜多点离散支撑装置，其特征在于，柔性座(2)中间细段小圆柱直径为1-4mm。
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