CN112394472B - 微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构及装配法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构及装配法。本发明的目的是解决现有微型空间遥感器的小口径超轻低质心反射镜柔性支撑结构存在回转中心与反射镜质心不重合，产生较大力矩，进而严重影响反射镜面形的技术问题，提供一种微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构及装配法。该柔性支撑结构具有三个呈120°圆周均布的柔性支撑单元，每个柔性支撑单元具有挠性组件，三个挠性组件的中心轴线延长线交于一点，即为柔性支撑结构共有的回转中心点，该交点与超轻反射镜质心O重合，挠性组件通过自身的弹性变形，协调反射镜与承力结构之间的变形差异，避免反射镜产生内部应力，降低反射镜的面形精度要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型空间遥感器反射镜支撑结构及装配法，具体涉及一种微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构及装配法。
背景技术
微型空间遥感器在提供分布式高分辨率空间遥感影像，大幅度降低卫星载荷并提高载荷的长期稳定性和环境适应性等方面有着重要的科学意义与经济价值。光学反射镜是微型遥感器光学系统的核心组成部分，其安装定位精度直接影响光学系统的成像质量。由于微型遥感器对于重量有着严格的要求，故必须对遥感器的光学反射镜进行超轻化设计，导致反射镜的绝对刚度下降，同时反射镜的质心会与反射镜镜面距离很近，形成一种超轻低质心反射镜。因此，微型遥感器的支撑结构必须具有良好的动、静态力学性能，以满足超轻低质心反射镜所需的支撑稳定性和具有一定的柔性，以提高反射镜的热稳定性，同时，需要柔性支撑结构的柔性回转中心与反射镜质心尽可能重合，减小甚至消除因质心不重合对镜体面形的影响。
支撑结构的回转特性对反射镜的受力状态有很大影响，且反射镜的面形精度对回转中心的位置十分敏感。柔性支撑结构一般具有径向方向的柔度，在轴向较刚，反射镜结构与支撑孔位置确定的情况下，轴向重力工况下，支撑结构近似于刚性，这时柔性结构参数对反射镜轴向重力工况的受力状态没影响。但当反射镜组件受径向重力作用时，柔性结构可看作带有弹簧的机械铰链，此时，如果柔性结构的回转中心不在反射镜质心平面上，则支撑结构不仅要提供径向支反力，还要提供平衡重力的力矩。然而反射镜轴向尺寸远小于径向尺寸，抗弯能力很差，支撑结构的力矩作用极易引起反射镜的变形。对于超薄反射镜(超轻低质心反射镜)来说，其质心位置贴近镜面，一般柔性支撑的回转中心在轴向与反射镜质心有较大位差，对反射镜面形有严重影响。
通常空间反射镜的背部柔性支撑结构通过锥套与反射镜连接，以改善温度变化对光学反射镜面形精度的影响。而对于口径小于300mm的小口径反射镜，加设锥套不仅会增加反射镜组件的重量，还会使结构过于紧凑，增加装配难度。故空间反射镜的柔性支撑结构一般是在柱形刚性支撑结构上开槽，以实现柔性过渡，通过多处开槽以增加柔性方向。但是，对于更小口径的轻型反射镜，很难在有限的空间内布置这种支撑结构以达到应有的柔性需求。
发明内容
本发明的目的是解决现有微型空间遥感器的小口径超轻低质心反射镜柔性支撑结构存在回转中心与反射镜质心不重合，产生较大力矩，进而严重影响反射镜面形，以及很难在有限空间内布置支撑结构的技术问题，提供一种微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构及其装配法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：
本发明提供一种微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，包括反射镜支撑壳体，反射镜支撑壳体正面形状与待支撑反射镜相适配，其特殊之处在于：还包括三个均匀设置于反射镜支撑壳体背面同一圆周上的反射镜支撑孔结构，以及三个一体式柔性支撑单元；
每个柔性支撑单元包括反射镜粘接锥环、十字支撑结构、挠性组件和基板安装台；
所述反射镜粘接锥环与所述反射镜支撑孔结构上的支撑孔相适配，二者的轴线相重合且锥度相等；
所述十字支撑结构位于反射镜粘接锥环内，且十字支撑结构的边缘与反射镜粘接锥环连接；
所述挠性组件连接于十字支撑结构和基板安装台之间；
三个挠性组件的中心轴线延长线分别与待支撑反射镜光轴的夹角相等，且三个挠性组件的中心轴线均穿过待支撑反射镜的质心O处；
所述基板安装台上开设有用于连接微型空间遥感器承力结构基板机械接口的连接螺纹孔。
进一步地，所述挠性组件包括第一挠性片、第二挠性片以及用于连接第一挠性片和第二挠性片的过渡连接结构；
所述第一挠性片与基板安装台表面相互垂直；
所述第一挠性片和第二挠性片相互垂直且中心轴线相重合。
进一步地，为了使柔性支撑单元与待支撑反射镜的形变量接近，实现良好支撑，所述柔性支撑单元与待支撑反射镜的膨胀系数相等。
进一步地，为了实现方便可靠的连接，所述反射镜粘接锥环与所述反射镜支撑孔结构通过胶接固定。
进一步地，为了保证连接位置准确，所述基板安装台上还设有定位销孔，定位销孔内设有用于与微型空间遥感器承力结构基板定位的定位销
进一步地，为了保证反射镜支撑壳体的整体强度同时满足轻量化要求，所述反射镜支撑壳体背面还设置有加强筋，加强筋厚度等于待支撑反射镜镜面厚度，加强筋呈三角形结构。
进一步地，为了便于加工和装配，所述一体式柔性支撑单元由殷钢合金材料加工而成。
进一步地，为了配合待支撑反射镜，所述反射镜支撑壳体正面的内径为80-400mm。
本发明还提供一种上述微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构的装配法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)利用反射镜支撑孔结构上的支撑孔配研加工反射镜粘接锥环，使二者的锥度相等且公差满足要求；
2)将配研加工好的反射镜粘接锥环安装到反射镜支撑孔结构上的支撑孔内，并用胶粘固定；
3)对三个柔性支撑单元的基板安装台进行整体研磨，使连接面处于同一平面的，且平面度达到公差要求；
4)将胶粘固定好的柔性支撑结构通过螺钉连接到微型空间遥感器承力结构基板的机械接口处。
本发明相比现有技术具有的有益效果如下：
1、本发明提供的微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，具有三个呈120°圆周均布的柔性支撑单元，每个柔性支撑单元具有挠性组件，三个挠性组件的中心轴线交于一点，即为柔性支撑结构共有的回转中心点，该交点与超轻低质心反射镜质心O重合，挠性组件通过自身的弹性变形，协调反射镜与承力结构之间的变形差异，避免反射镜产生内部应力，降低反射镜的面形精度，从根本上解决了超轻低质心反射镜质心O与挠性支撑回转中心不重合引起的弯曲力矩对镜面面形精度的影响。
2、本发明提供的微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构中，每个柔性支撑单元中的第一挠性片主要提供径向柔性，第二挠性片主要提供轴向柔性，第一挠性片和第二挠性片(两个斜面挠性片)共同形成弹簧片式柔性虎克铰，能够有效地卸载来自外部的热载荷和应力、应变。
3、超轻低质心反射镜柔性支撑结构直接与超轻反射镜粘接，减小了柔性支撑结构的体积，降低了支撑结构的重量，简化了超轻反射镜的整体结构。
4、对于不同重量的超轻低质心反射镜，可以通过调节斜面挠性片中心轴线与反射镜光轴的夹角，实现反射镜质心O与挠性支撑回转中心的重合。
5、对于不同重量和不同轻量化形式的小型超轻反射镜，可以通过调节柔性片的长度、宽度和厚度来保证良好的面形精度。
6、超轻低质心反射镜柔性支撑结构采用殷钢材料制作，通过殷钢材料的膨胀系数小、随温度变形极小的特性改善了环境温度变化对反射镜面形精度的影响，是制作对温度变形有严格要求零件的最佳材料。
7、采用本发明提供的微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构的装配法，可以保证反射镜在工作方向变化、工作环境温度变化和有装配误差时，反射镜的面形精度在允许范围内保持稳定。
附图说明
图1为本发明实施例的仰视图；
图2为本发明实施例的主视图；
图3为本发明实施例的剖面图；
图4为本发明实施例中一体式柔性支撑单元的立体图；
图5为本发明实施例中一体式柔性支撑单元的主视图；
图6为本发明实施例中一体式柔性支撑单元的俯视图；
附图标记说明：
1-反射镜支撑壳体、11-加强筋、2-反射镜支撑孔结构、3-柔性支撑单元、31-反射镜粘接锥环、32-十字支撑结构、33-挠性组件、331-第一挠性片、332-第二挠性片、333-过渡连接结构、34-基板安装台、341-连接螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
一种微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，包括反射镜支撑壳体1，反射镜支撑壳体1正面形状与待支撑反射镜相适配，所述反射镜支撑壳体1正面的内径为80-400mm，等于超轻低质心反射镜的外直径，还包括三个均匀设置于反射镜支撑壳体1背面同一圆周上的反射镜支撑孔结构2(带有三处呈120°圆周均布的支撑孔)，以及三个一体式柔性支撑单元3；每个柔性支撑单元3包括反射镜粘接锥环31、十字支撑结构32、挠性组件33和基板安装台34；所述反射镜粘接锥环31与所述反射镜支撑孔结构2上的支撑孔相适配，二者的轴线相重合且锥度相等；所述十字支撑结构32位于反射镜粘接锥环31内，且十字支撑结构32的边缘与反射镜粘接锥环31连接；所述挠性组件33连接于十字支撑结构32和基板安装台34之间，包括第一挠性片331、第二挠性片332以及用于连接第一挠性片331和第二挠性片332的过渡连接结构333；所述第一挠性片331与基板安装台34表面相互垂直；所述第一挠性片331和第二挠性片332相互垂直且中心轴线相重合；三个挠性组件33的中心轴线分别与待支撑反射镜光轴的夹角相等，且三个挠性组件33的中心轴线延长线均穿过待支撑反射镜的质心O处；所述基板安装台34上开设有用于连接微型空间遥感器承力结构基板机械接口的螺纹孔。
所述柔性支撑单元3与待支撑反射镜的膨胀系数相匹配(相等)。所述反射镜粘接锥环31与所述反射镜支撑孔结构2通过胶接固定。所述基板安装台34上还设有2个定位销孔，定位销孔内设有用于与微型空间遥感器承力结构基板定位的定位销。所述反射镜支撑壳体1背面还设置有加强筋11，加强筋11厚度等于待支撑反射镜镜面厚度(2mm)，加强筋11呈三角形轻量化结构。所述一体式柔性支撑单元3由殷钢合金材料加工而成。
一种基于上述微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构的装配法，包括以下步骤：
1)利用反射镜支撑孔结构2上的支撑孔配研加工反射镜粘接锥环31，使二者的锥度相等且公差满足要求；
2)将配研加工好的反射镜粘接锥环31安装到反射镜支撑孔结构2上的支撑孔内，并用胶粘固定；
3)对三个柔性支撑单元3的基板安装台34进行整体研磨，使连接面处于同一平面，且平面度达到公差要求；
4)将胶粘固定好的柔性支撑结构通过螺钉和销钉连接到微型空间遥感器承力结构基板的机械接口处。
上述微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构利用第一挠性片331和第二挠性片332(两个斜面挠性片)的弯曲弹性变形，柔性支撑单元3的反射镜粘接锥环31与基板安装台34之间能够产生微小位移，用于消弱超轻低质心反射镜因温度变化和装配误差引起的内应力。斜面挠性片所在中心轴线交于一点，通过设计调整第一挠性片331和第二挠性片332所在中心轴线，与超轻低质心反射镜光轴所成夹角的大小，使交点与超轻低质心反射镜的质心O重合，用于减小及消除反射镜用于平衡重力力矩引起的镜面变形，保证反射镜的面形精度。三个柔性支撑单元3分别通过相应的基板安装台34上的4个连接螺纹孔341与微型空间光学遥感器承力结构基板的机械接口连接。三个柔性支撑单元3均为一体式结构，保证了支撑效果的可靠性和稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，包括反射镜支撑壳体(1)，反射镜支撑壳体(1)正面形状与待支撑反射镜相适配，其特征在于：还包括三个均匀设置于反射镜支撑壳体(1)背面同一圆周上的反射镜支撑孔结构(2)，以及三个一体式柔性支撑单元(3)；
每个柔性支撑单元(3)包括反射镜粘接锥环(31)、十字支撑结构(32)、挠性组件(33)和基板安装台(34)；
所述反射镜粘接锥环(31)与所述反射镜支撑孔结构(2)上的支撑孔相适配，二者的轴线相重合且锥度相等；
所述十字支撑结构(32)位于反射镜粘接锥环(31)内，且十字支撑结构(32)的边缘与反射镜粘接锥环(31)连接；
所述挠性组件(33)连接于十字支撑结构(32)和基板安装台(34)之间；
三个挠性组件(33)的中心轴线分别与待支撑反射镜光轴的夹角相等，且三个挠性组件(33)的中心轴线延长线均穿过待支撑反射镜的质心处；
所述基板安装台(34)上开设有用于连接微型空间遥感器承力结构基板机械接口的连接螺纹孔(341)；
所述挠性组件(33)包括第一挠性片(331)、第二挠性片(332)以及用于连接第一挠性片(331)和第二挠性片(332)的过渡连接结构(333)；
所述第一挠性片(331)与基板安装台(34)表面相互垂直；
所述第一挠性片(331)和第二挠性片(332)相互垂直且中心轴线相重合；利用第一挠性片(331)和第二挠性片(332)的弯曲弹性变形，柔性支撑单元(3)的反射镜粘接锥环(31)与基板安装台(34)之间能够产生微小位移，用于消弱超轻低质心反射镜因温度变化和装配误差引起的内应力。
2.根据权利要求1所述的微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，其特征在于：所述柔性支撑单元(3)与待支撑反射镜的膨胀系数相等。
3.根据权利要求2所述的微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，其特征在于：所述反射镜粘接锥环(31)与所述反射镜支撑孔结构(2)通过胶接固定。
4.根据权利要求3所述的微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，其特征在于：所述基板安装台(34)上还设有定位销孔，定位销孔内设有用于与微型空间遥感器承力结构基板定位的定位销。
5.根据权利要求4所述的微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，其特征在于：所述反射镜支撑壳体(1)背面还设置有加强筋(11)，加强筋(11)厚度等于待支撑反射镜镜面厚度，加强筋(11)呈三角形结构。
6.根据权利要求5所述的微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，其特征在于：所述一体式柔性支撑单元(3)由殷钢合金材料加工而成。
7.根据权利要求6所述的微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构，其特征在于：所述反射镜支撑壳体(1)正面的内径为80-400mm。
8.一种权利要求1至7任一所述微型空间遥感器超轻低质心反射镜柔性支撑结构的装配法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用反射镜支撑孔结构(2)上的支撑孔配研加工反射镜粘接锥环(31)，使二者的锥度相等且公差满足要求；
2)将配研加工好的反射镜粘接锥环(31)安装到反射镜支撑孔结构(2)上的支撑孔内，并用胶粘固定；
3)对三个柔性支撑单元(3)的基板安装台(34)进行整体研磨，使连接面处于同一平面，且平面度达到公差要求；
4)将胶粘固定好的柔性支撑结构通过螺钉连接到微型空间遥感器承力结构基板的机械接口处。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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