CN115086534B - 适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台 - Google Patents

Abstract

适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，涉及光电转台领域，包括全气密回路腔、垂直轴系、垂直动密封部件、照准架、外罩、两个立柱部件、两个水平动密封部件、四通、窗口镜和充气嘴组件；垂直轴系带动照准架实现方位转动；通过垂直动密封部件、两个水平动密封部件实现迷宫密封和磁流体液密封的复合动密封功能；两个立柱部件带动四通实现俯仰转动；通过充气嘴组件向腔内充氮气和检测腔内气压。本发明能实现光电转台转动轴系及整机气密，腔内干燥，无盐雾、霉菌、水汽侵蚀，有效保护内部器件，提高抗盐雾、抗雨水、抗风、耐腐蚀性能和使用寿命，实现了中大口径光学设备在无任何防护条件下持续在暴雨环境中工作。

Description

适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台

技术领域

本发明涉及光电转台技术领域，具体涉及一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台。

背景技术

实现对远距离目标的光学探测跟踪，通常需要光学设备口径更大、焦距更长。目前，中大口径（不小于650mm）多光谱光学设备大多采用主次镜结构的折反式光学系统，并且中大口径（不小于650mm）多光谱光学设备的光电转台轴系尺寸相对较大，主次镜等光学元件以及大部分机械零件如轴系、电机等均裸露于大气环境中，在一些复杂的自然环境下，如海环境的盐雾、水汽、强降雨等，光学镜筒及光学转台内部很容易进水导致发霉和结露，造成内部光学元件膜系脱落，机械零件表面腐蚀生锈，导致光电转台性能下降，甚至损坏，降低设备使用寿命。为抑制盐雾、水汽、强降雨等对光电转台性能的影响，必须保证光电转台腔内气体干燥。一般中大口径多光谱光学设备采用天文防护照进行防护，工作时打开天文防护照，这种防护方式反应时间慢，不具备全天时、全天候、无人化、智能化的工作能力。因此，光电设备能在复杂的自然条件或强降雨气象环境下，实现远距离目标探测跟踪成像是无人化、智能化信息战中制胜的关键。

公开号为CN207340006U的中国专利《充氮光电转台》和公开号为CN208924366U的中国专利《一种充氮光电转台》均提出了在光电转台内部设置镜头密封腔，镜头密封腔内充有氮气，摄像机放在镜头密封腔内，充氮气保持干燥。但是，这种镜头密封腔的密封结构为静密封，无法实现具有相对转动零件之间的密封（气密），镜头密封腔内氮气只能保证光学载荷内部干燥，无法实现光电转台（光电转台可以实现方位、俯仰相对转动）内部所有元器件均处于干燥氮气环境下，内部机械零部件以及电机、轴承、电子元器件仍然会受到盐雾、霉菌、水汽等腐蚀。并且，公开号为CN207340006U的中国专利《充氮光电转台》和公开号为CN208924366U的中国专利《一种充氮光电转台》只能实现光电转台的局部气密、充氮功能，而不能实现光电转台的整机气密、充氮功能；而且这种结构更加适用于小口径光电载荷，即透射式结构，而对于采用主次镜折反式光机结构的中大口径（不小于650mm）光学设备，会额外增加系统尺寸和重量。

综上，目前光电转台气密设计大多局限在静密封，在无相对转动处利用橡胶条或O型圈实现光电转台的局部气密，而在光电转台相对转动处无法实现动密封，无法实现光电转台腔内整机气密。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，以解决现有光电转台存在的无法实现整机气密和充氮功能、无法实现相对转动处的动密封功能以及不适用于中大口径光学设备的问题。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，所述光电转台内部形成全气密回路腔，包括：

垂直轴系；

设置在垂直轴系上的照准架，所述垂直轴系带动照准架实现方位转动；

安装在垂直轴系和照准架相对转动处的垂直动密封部件；

安装在照准架上的左立柱部件和右立柱部件；

分别与左立柱部件和右立柱部件相连的四通；

安装在左立柱部件与四通相对转动处的第一水平动密封部件；

安装在右立柱部件与四通相对转动处的第二水平动密封部件，通过垂直动密封部件、第一水平动密封部件、第二水平动密封部件实现迷宫密封和磁流体液密封的复合动密封功能；

分别与照准架和四通相连的外罩，所述左立柱部件、第一水平动密封部件、四通、右立柱部件和第二水平动密封部件均安装在外罩内部，所述左立柱部件和右立柱部件带动四通实现俯仰转动；

安装在外罩外壁上的窗口镜；

安装在垂直轴系外壁上的充气嘴组件，用于向全气密回路腔内充氮气和检测全气密回路腔内气压，氮气依次经过垂直轴系、照准架、左立柱部件、四通和右立柱部件充满整个腔体。

进一步的，所述垂直轴系包括：

带有中心安装孔的垂直基座；

安装在垂直基座中心安装孔中的方位电机；

安装在方位电机内环中的垂直轴；

安装在垂直基座中心安装孔中且套装在垂直轴上的转盘轴承；

与垂直基座底面相连的垂直下盖，所述垂直下盖与垂直基座连接处安装密封条实现静密封；

启动方位电机带动垂直轴实现方位转动。

进一步的，所述垂直动密封部件包括：

与垂直基座上端相连的垂直下迷宫环，所述垂直下迷宫环上端面设有0.5°斜面；

设置在垂直下迷宫环上的多个第一环状凸起；

与照准架相连的垂直上迷宫环；

设置在垂直上迷宫环上的多个第三环状凸起，多个第一环状凸起与多个第三环状凸起插接在一起；

由垂直磁流体密封内环和垂直磁流体密封外环组成的垂直磁流体密封环，所述垂直磁流体密封内环和垂直磁流体密封外环之间充满磁流体液，所述垂直磁流体密封内环与垂直轴相连且连接处安装密封条实现静密封，所述垂直磁流体密封外环与垂直下迷宫环相连且连接处安装密封条实现静密封；

所述照准架带动垂直上迷宫环实现方位转动，通过垂直上迷宫环与垂直下迷宫环之间的相对转动实现迷宫密封和磁流体液密封的复合动密封功能。

进一步的，所述照准架包括：

与垂直轴和垂直上迷宫环相连的底座；

设置在底座两侧的左侧照准架壳体和右侧照准架壳体，所述左侧照准架壳体和右侧照准架壳体内部中空；

固定在底座上的上盖板，所述上盖板与底座连接处安装密封条实现静密封；

所述左立柱部件和右立柱部件分别对应安装左侧照准架壳体和右侧照准架壳体上。

进一步的，所述外罩设计为球形，包括：

分别安装在左侧照准架壳体和右侧照准架壳体前后侧面的两个球边罩；

分别安装在左侧照准架壳体和右侧照准架壳体上表面外侧的两个球侧罩，所述左立柱部件和右立柱部件分别与两个球侧罩内壁相连；

分别与四通上端、前端、后端相连的球上罩、球前罩和球后罩，所述四通与球上罩、球前罩、球后罩连接处均安装密封条实现静密封；

设置在球前罩上的至少一个窗口镜安装孔，所述窗口镜对应安装在窗口镜安装孔中。

进一步的，所述左立柱部件包括：

与左侧照准架壳体相连的左立柱，所述左立柱与位于左侧照准架壳体上表面外侧的球侧罩相连；

通过过盈配合安装在左立柱内部的左立柱轴承；

通过过盈配合安装在左立柱轴承内环中的左轴，所述左轴与四通左侧相连；

安装在左轴上的水平编码器，用于测量左轴在俯仰方向的转动角度；

与左立柱左侧相连的水平左侧盖，所述水平左侧盖与左立柱连接处安装密封条实现静密封。

进一步的，所述第一水平动密封部件包括：

安装在左立柱右侧的水平左固定迷宫环，所述水平左固定迷宫环与左立柱连接处安装密封条实现静密封；

设置在水平左固定迷宫环上的多个第四环状凸起；

与四通左侧相连的水平左旋转迷宫环，所述水平左旋转迷宫环与四通连接处安装密封条实现静密封；

设置在水平左旋转迷宫环上的多个第五环状凸起，多个第四环状凸起与多个第五环状凸起插接在一起；

由第一水平磁流体密封内环与第一水平磁流体密封外环组成的第一水平磁流体密封环，所述第一水平磁流体密封内环和第一水平磁流体密封外环之间充满磁流体液，所述第一水平磁流体密封内环与左轴相连且连接处安装密封条实现静密封，所述第一水平磁流体密封外环与水平左固定迷宫环相连且连接处安装密封条实现静密封；

所述四通带动水平左旋转迷宫环实现俯仰转动，通过水平左固定迷宫环与水平左旋转迷宫环之间的相对转动实现迷宫密封和磁流体液密封的复合动密封功能。

进一步的，所述右立柱部件包括：

与右侧照准架壳体相连的右立柱，所述右立柱与位于右侧照准架壳体上表面外侧的球侧罩相连；

通过过盈配合安装在右立柱内部的右立柱轴承；

通过过盈配合安装在右立柱轴承内环中的右轴，所述右轴与四通右侧相连；

安装在右立柱上的俯仰电机，所述右轴与俯仰电机相连，通过俯仰电机驱动右轴实现俯仰转动；

与右立柱右侧相连的水平右侧盖，所述右侧水平右侧盖与右立柱连接处安装密封条实现静密封。

进一步的，所述第二水平动密封部件包括：

安装在右立柱左侧的水平右固定迷宫环，所述水平右固定迷宫环与右立柱连接处安装密封条实现静密封；

设置在水平右固定迷宫环上的多个第六环状凸起；

与四通右侧相连的水平右旋转迷宫环，所述水平右旋转迷宫环与四通连接处安装密封条实现静密封；

设置在水平右旋转迷宫环上的多个第七环状凸起，多个第六环状凸起与多个第七环状凸起插接在一起；

由第二水平磁流体密封内环与第二水平磁流体密封外环组成的第二水平磁流体密封环，所述第二水平磁流体密封内环和第二水平磁流体密封外环之间充满磁流体液，所述第二水平磁流体密封内环与右轴相连且连接处安装密封条实现静密封，所述第二水平磁流体密封外环与水平右固定迷宫环相连且连接处安装密封条静密封；

所述四通带动水平右旋转迷宫环实现俯仰转动，通过水平右固定迷宫环与水平右旋转迷宫环之间的相对转动实现迷宫密封和磁流体液密封的复合动密封功能。

进一步的，所述充气嘴组件包括：

安装在垂直基座上的充气嘴座，所述充气嘴座与垂直基座连接处安装密封条实现静密封；

安装在充气嘴座上的充气嘴一，用于向光电转台腔内充氮气，所述充气嘴一与充气嘴座连接处安装密封条实现静密封；

安装在充气嘴座上的充气嘴二，用于检测光电转台腔内气压，所述充气嘴二与充气嘴座连接处均安装密封条实现静密封。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过内设全气密回路腔，结合磁流体液密封和迷宫密封的复合动密封方法，可确保光电转台转动轴系及整机气密，同时通过充气嘴组件向腔内充干燥氮气，可有效保证光电转台腔内干燥，无盐雾、霉菌、水汽侵蚀，可实现中大口径光学设备在无任何防护条件下持续在暴雨环境（雨量25mm/h）中工作。

2、本发明能够有效地抑制盐雾、霉菌、水汽等对内部机械零部件以及电机、轴承、电子元器件、光学元件等的腐蚀，并具有更好的防尘、防水效果，具有更好的抗盐雾、抗雨水、抗风、耐腐蚀性能，能适应更加恶劣的自然环境。

3、本发明可延长光电设备的使用寿命，提升光电载荷在复杂天气条件下的工作性能。

4、本发明结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台的结构示意图。

图2为本发明的一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台的内部结构示意图。

图3为垂直轴系的结构示意图。

图4为垂直动密封部件的结构示意图。

图5为照准架的结构示意图。

图6为外罩的结构示意图。

图7为外罩的结构示意图。

图8为左立柱部件的结构示意图。

图9为第一水平动密封部件的结构示意图。

图10为右立柱部件的结构示意图。

图11为第二水平动密封部件的结构示意图。

图12为四通的结构示意图。

图13为充气嘴组件安装示意图。

图14为全气密回路腔示意图。

图中，1、垂直轴系，2、垂直动密封部件，3、照准架，4、外罩，5、左立柱部件，6、第一水平动密封部件，7、四通，8、窗口镜，9、右立柱部件，10、第二水平动密封部件，11、充气嘴组件，12、电源接口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，主要包括：垂直轴系1、垂直动密封部件2、照准架3、外罩4、左立柱部件5、第一水平动密封部件6、四通7、窗口镜8、右立柱部件9、第二水平动密封部件10、充气嘴组件11和电源接口12。照准架3通过垂直动密封部件2安装在垂直轴系1上且照准架3位于垂直轴系1上端，垂直动密封部件2安装在垂直轴系1和照准架3的相对转动处，通过垂直轴系1带动照准架3转动，实现照准架3方位方向的相对转动。外罩4分别与照准架3和四通7相连。左立柱部件5、第一水平动密封部件6、四通7、右立柱部件9和第二水平动密封部件10均安装在外罩4内部。左立柱部件5、四通7、右立柱部件9从左至右依次水平设置，左立柱部件5、右立柱部件9均安装在照准架3上且立柱部件5、四通7、右立柱部件9均位于照准架3上端；左立柱部件5通过第一水平动密封部件6与四通7相连，第一水平动密封部件6安装在左立柱部件5与四通7的相对转动处；右立柱部件9通过第二水平动密封部件10与四通7相连，第二水平动密封部件10安装在右立柱部件9与四通7的相对转动处，通过左立柱部件5和右立柱部件9可带动四通7转动，实现四通7俯仰方向的相对转动。窗口镜8安装在外罩4外壁上。充气嘴组件11和电源接口12均安装在垂直轴系1外壁上。

如图3所示，垂直轴系1主要用于驱动光电转台实现在方位方向上的转动，主要包括：垂直基座1.1、转盘轴承1.2、垂直轴1.3、方位电机1.4和垂直下盖1.5。垂直基座1.1内设中心安装孔，方位电机1.4外环与垂直基座1.1中心安装孔内壁相连，方位电机1.4内环与垂直轴1.3下端外壁相连。转盘轴承1.2置于方位电机1.4上方，转盘轴承1.2外环与垂直基座1.1中心安装孔内壁相连，转盘轴承1.2套装在垂直轴1.3上，转盘轴承1.2内环与垂直轴1.3外壁相连。垂直下盖1.5与垂直基座1.1底面相连，垂直下盖1.5与垂直基座1.1的连接处加装密封条实现垂直轴系1的静密封。方位电机1.4与电源接口12电连接。启动方位电机1.4可带动垂直轴1.3沿着光电转台方位轴线转动从而实现光电转台的方位转动。

如图4所示，垂直动密封部件2主要包括：垂直下迷宫环2.1、垂直上迷宫环2.2和垂直磁流体密封环2.3。垂直下迷宫环2.1上端面设计成0.5°斜面，即垂直下迷宫环2.1上端面外边缘设置有一个0.5°的斜面，斜面沿着垂直下迷宫环2.1上端面外边缘成圆周分布，斜面向外倾斜，可使雨水在重力作用下流出垂直动密封部件2，避免雨水积存所造成的零件腐蚀。垂直下迷宫环2.1下端与垂直轴系1中的垂直基座1.1上端固定相连。垂直下迷宫环2.1上表面设置有两个第一环状凸起2.1.1，垂直下迷宫环2.1上表面内侧设置有第二环状凸起2.1.2；垂直上迷宫环2.2下表面设置有三个第三环状凸起2.2.1；垂直上迷宫环2.2安装在垂直下迷宫环2.1上，其中，两个第一环状凸起2.1.1与三个第三环状凸起2.2.1插接在一起，即第一环状凸起2.1.1与第三环状凸起2.2.1依次交替设置。垂直磁流体密封环2.3设置在垂直下迷宫环2.1内侧，垂直轴系1中的垂直轴1.3上端外壁通过垂直磁流体密封环2.3与垂直下迷宫环2.1相连，垂直磁流体密封环2.3分为垂直磁流体密封内环和垂直磁流体密封外环，垂直磁流体密封内环与垂直轴1.3相连，垂直磁流体密封内环与垂直轴1.3的连接处加装密封条实现垂直磁流体密封内环与垂直轴1.3之间的静密封，通过装配时施加的预压紧力使垂直磁流体密封内环与垂直轴1.3之间达到静密封；垂直磁流体密封外环与垂直下迷宫环2.1相连，垂直磁流体密封外环与垂直下迷宫环2.1的连接处加装密封条实现垂直磁流体密封外环与垂直下迷宫环2.1之间的静密封，通过装配时施加的预压紧力使垂直磁流体密封外环与垂直下迷宫环2.1之间达到静密封。

当光电转台进行方位转动时，利用光电转台高速转动所产生的离心力带动垂直磁流体密封内环转动，垂直磁流体密封外环不发生相对转动，垂直磁流体密封内环和垂直磁流体密封外环之间充满磁流体液，在适宜环境下磁流体液不会发生凝固和泄露，磁流体液摩擦阻力小，可阻止内部垂直磁流体密封环2.3长时间积累较多水滴、颗粒等介质，隔绝盐雾、霉菌、水汽等，保证光电转台腔内干燥，实现磁流体液密封；垂直上迷宫环2.2上表面与照准架3下表面固定相连，垂直上迷宫环2.2随着照准架3沿着光电转台方位轴线一起转动，通过垂直上迷宫环2.2与垂直下迷宫环2.1之间的相对转动，实现光电转台的迷宫密封，从而实现光电转台方位转动时的磁流体液密封与迷宫密封的复合动密封功能。

如图5所示，照准架3主要包括：左侧照准架壳体3.1、上盖板3.2、右侧照准架壳体3.3和底座3.4。底座3.4与垂直轴系1中的垂直轴1.3固定相连。底座3.4下表面与垂直动密封部件2中的垂直上迷宫环2.2上表面固定相连。左侧照准架壳体3.1和右侧照准架壳体3.3分别设置在底座3.4左右两侧。左侧照准架壳体3.1和右侧照准架壳体3.3内部中空设置。上盖板3.2固定在底座3.4上表面中心，上盖板3.2与底座3.4的连接处加装密封条实现上盖板3.2与底座3.4之间的静密封。左立柱部件5安装左侧照准架壳体3.1上，右立柱部件9安装在右侧照准架壳体3.3上。

如图6和图7所示，外罩4设计为球形，主要由球侧罩4.1、球上罩4.2、球前罩4.3、球后罩4.4、球边罩4.5、窗口镜安装孔4.6组成。球边罩4.5为两个，两个球边罩4.5分别安装在左侧照准架壳体3.1和右侧照准架壳体3.3前后侧面，即一个球边罩4.5左右两端分别与左侧照准架壳体3.1前侧面和右侧照准架壳体3.3前侧面相连，另一个球边罩4.5左右两端分别与左侧照准架壳体3.1后侧面和右侧照准架壳体3.3后侧面相连。球侧罩4.1为两个，两个球侧罩4.1分别安装在左侧照准架壳体3.1和右侧照准架壳体3.3上表面外侧边缘。球前罩4.3上设置有至少一个窗口镜安装孔4.6，在本实施方式中，窗口镜安装孔4.6为两个，窗口镜8为两个，两个窗口镜8分别一一对应安装在两个窗口镜安装孔4.6中。左立柱部件5与位于左侧的球侧罩4.1内壁相连，右立柱部件9与位于右侧的球侧罩4.1内壁相连。四通7上端、前端、后端分别与球上罩4.2内壁、球前罩4.3内壁、球后罩4.4内壁一一对应相连，且球上罩4.2、球前罩4.3、球后罩4.4分别位于四通7上端、前端和后端；四通7与球上罩4.2、球前罩4.3、球后罩4.4的连接处均加装密封条实现四通7与球上罩4.2、球前罩4.3、球后罩4.4之间的静密封。

如图8所示，左立柱部件5主要包括：水平编码器5.1、水平左侧盖5.2、左立柱轴承5.3、左立柱5.4和左轴5.5。左立柱轴承5.3外环通过过盈配合安装到左立柱5.4内壁上，左轴5.5通过过盈配合安装在左立柱轴承5.3内环中，左轴5.5可以实现俯仰方向转动，水平编码器5.1安装在左轴5.5上，用于测量左轴5.5在俯仰方向的转动角度；水平左侧盖5.2置于左立柱5.4左侧，水平左侧盖5.2与左立柱5.4左侧相连，水平左侧盖5.2与左立柱5.4的连接处加装密封条，实现水平左侧盖5.2与左立柱5.4之间的静密封；左立柱5.4下端面与照准架3中的左侧照准架壳体3.1相连；左轴5.5与四通7相连；左立柱5.4左侧与外罩4中位于左侧的球侧罩4.1内壁相连。

如图9所示，第一水平动密封部件6主要包括：水平左固定迷宫环6.1、水平左旋转迷宫环6.2和第一水平磁流体密封环6.3。第一水平动密封部件6竖直安装，水平左固定迷宫环6.1外侧安装在左立柱部件5中的左立柱5.4右侧，水平左固定迷宫环6.1与左立柱5.4的连接处加装密封条实现水平左固定迷宫环6.1与左立柱5.4之间的静密封；水平左固定迷宫环6.1内侧设置有两个第四环状凸起6.1.1；水平左旋转迷宫环6.2内侧设置有两个第五环状凸起6.2.1，两个第四环状凸起6.1.1与两个第五环状凸起6.2.1插接在一起，即第四环状凸起6.1.1与第五环状凸起6.2.1依次交替设置。第一水平磁流体密封环6.3分为第一水平磁流体密封内环与第一水平磁流体密封外环，第一水平磁流体密封外环安装在水平左固定迷宫环6.1内侧，且第一水平磁流体密封外环与水平左固定迷宫环6.1的连接处加装密封条实现第一水平磁流体密封外环与水平左固定迷宫环6.1之间的静密封，通过装配时施加的预压紧力使第一水平磁流体密封外环与水平左固定迷宫环6.1之间达到静密封；第一水平磁流体密封内环安装在左立柱部件5中的左轴5.5上，且第一水平磁流体密封内环与左轴5.5的连接处加装密封条实现第一水平磁流体密封内环与左轴5.5之间的静密封，通过装配时施加的预压紧力使第一水平磁流体密封内环与左轴5.5之间达到静密封。

当光电转台进行俯仰转动时，利用光电转台高速转动产生的离心力带动第一水平磁流体密封内环转动，第一水平磁流体密封外环不发生相对转动，第一水平磁流体密封内环和第一水平磁流体密封外环之间充满磁流体液，在适宜环境下磁流体液不会发生凝固和泄露，磁流体液摩擦阻力小，可阻止内部第一水平磁流体密封环6.3长时间积累较多水滴、颗粒等介质，隔绝盐雾、霉菌、水汽等，保证光电转台腔内干燥，实现磁流体液密封；水平左旋转迷宫环6.2外侧安装在四通7上，且水平左旋转迷宫环6.2与四通7的连接处加装密封条实现水平左旋转迷宫环6.2与四通7之间的静密封。通过水平左固定迷宫环6.1与水平左旋转迷宫环6.2之间的相对转动，实现光电转台的迷宫密封，从而实现光电转台俯仰转动时的磁流体液密封与迷宫密封的复合动密封功能。

如图10所示，右立柱部件9主要包括：右轴9.1、右立柱9.2、右立柱轴承9.3、俯仰电机9.4和水平右侧盖9.5。右立柱轴承9.3外环通过过盈配合安装到右立柱9.2上，右轴9.1通过过盈配合安装在右立柱轴承9.3内环上，右轴9.1可以实现俯仰方向转动，俯仰电机9.4安装在右立柱9.2上，右轴9.1与俯仰电机9.4相连，通过俯仰电机9.4驱动右轴9.1沿着光电转台俯仰轴线转动；水平右侧盖9.5置于右立柱9.2右侧，水平右侧盖9.5与右立柱9.2右侧相连，水平右侧盖9.5与右立柱9.2的连接处加装密封条实现水平右侧盖9.5与右立柱9.2之间的静密封。右立柱9.2下端面与照准架3中的右侧照准架壳体3.3相连，右轴9.1与四通7相连，右立柱9.2右侧与外罩4中位于右侧的球侧罩4.1内壁相连。俯仰电机9.4与电源接口12电连接。

第二水平动密封部件10与第一水平动密封部件6相对设置。如图11所示，第二水平动密封部件10主要包括：水平右固定迷宫环10.1、水平右旋转迷宫环10.2和第二水平磁流体密封环10.3。第二水平动密封部件10竖直安装，水平右固定迷宫环10.1外侧安装在右立柱部件9中的右立柱9.2左侧，水平右固定迷宫环10.1与右立柱9.2的连接处加装密封条实现水平右固定迷宫环10.1与右立柱9.2之间的静密封；水平右固定迷宫环10.1内侧设置有两个第六环状凸起10.1.1；水平右旋转迷宫环10.2内侧设置有两个第七环状凸起10.2.1，两个第六环状凸起10.1.1与两个第七环状凸起10.2.1插接在一起，即第六环状凸起10.1.1与第七环状凸起10.2.1依次交替设置。第二水平磁流体密封环10.3分为第二水平磁流体密封内环与第二水平磁流体密封外环，第二水平磁流体密封外环安装在水平右固定迷宫环10.1内侧，且第二水平磁流体密封外环与水平右固定迷宫环10.1的连接处加装密封条实现第二水平磁流体密封外环与水平右固定迷宫环10.1之间的静密封，通过装配时施加的预压紧力使第二水平磁流体密封外环与水平右固定迷宫环10.1之间达到静密封；第二水平磁流体密封内环安装在右立柱部件9中的右轴9.1上，且第二水平磁流体密封内环与右轴9.1的连接处加装密封条实现第二水平磁流体密封内环与右轴9.1之间的静密封，通过装配时施加的预压紧力使第二水平磁流体密封内环与右轴9.1之间达到静密封。

当光电转台进行俯仰转动时，利用光电转台高速转动产生的离心力带动第二水平磁流体密封内环转动，第二水平磁流体密封外环不发生相对转动，第二水平磁流体密封内环和第二水平磁流体密封外环之间充满磁流体液，在适宜环境下磁流体液不会发生凝固和泄露，磁流体液摩擦阻力小，可阻止内部第二水平磁流体密封环10.3长时间积累较多水滴、颗粒等介质，隔绝盐雾、霉菌、水汽等，保证光电转台腔内干燥，实现磁流体液密封；水平右旋转迷宫环10.2外侧安装在四通7上，且水平右旋转迷宫环10.2与四通7的连接处加装密封条实现水平右旋转迷宫环10.2与四通7之间的静密封。通过水平右固定迷宫环10.1与水平右旋转迷宫环10.2之间的相对转动，实现光电转台的迷宫密封，从而实现光电转台俯仰转动时的磁流体液密封与迷宫密封的复合动密封功能。

四通7为结构件，内部合理布置加强筋，保证足够刚度和谐振频率。如图12所示，四通7的左侧面板上设置有左轴安装孔7.1，四通7的右侧面板上设置有右轴安装孔7.2；四通7上端、下端、前端、后端均设置有通孔，并且四通7前端设置有第一加强板7.3，第一加强板7.3中心设置有圆形通孔；四通7后端设置有第二加强板7.4，第二加强筋7.4中心设置有圆形通孔；四通7内部上端和下端均设置有第三加强板7.5，第三加强板7.5上设置有方形通孔；四通7内部上端两侧以及内部下端两侧均设置有第四加强板7.6；四通7内部中间竖向设置有两个第五加强板7.7，第五加强板7.7上设置有圆形通孔。四通7上端、前端、后端分别与球上罩4.2内壁、球前罩4.3内壁、球后罩4.4内壁一一对应相连；四通7与球上罩4.2、球前罩4.3、球后罩4.4的连接处均加装密封条实现四通7与球上罩4.2、球前罩4.3、球后罩4.4之间的静密封。四通7的左侧面板上设置有左轴安装孔7.1，左立柱部件5中的左轴5.5右端安装在此左轴安装孔7.1中；四通7的右侧面板上设置有右轴安装孔7.2，右立柱部件9中的右轴9.1左端安装在此右轴安装孔7.2中；四通7与左立柱部件5和右立柱部件9一起形成俯仰轴系。四通7的左侧面板与第一水平动密封部件6中的水平左旋转迷宫环6.2相连，四通7的右侧面板与第二水平动密封部件10中的水平右旋转迷宫环10.2相连。启动俯仰电机9.4可带动右轴9.1沿着光电转台俯仰轴线转动，从而带动四通7、水平右旋转迷宫环10.2、水平左旋转迷宫环6.2、左轴5.5、球上罩4.2、球前罩4.3、球后罩4.4沿着光电转台俯仰轴线转动，从而实现光电转台的俯仰转动。通过垂直上迷宫环2.2与垂直下迷宫环2.1之间的相对转动、水平左固定迷宫环6.1与水平左旋转迷宫环6.2之间的相对转动、水平右固定迷宫环10.1与水平右旋转迷宫环10.2之间的相对转动，实现光电转台的迷宫密封。

如图13所示，本发明中光电转台底部设置有充气嘴组件11，用于向光电转台腔内充氮气和检测光电转台腔内气压。充气嘴组件11主要包括：充气嘴一11.1、充气嘴二11.2和充气嘴座11.3。充气嘴座11.3安装在垂直轴系1中的垂直基座1.1上，充气嘴座11.3四周外圈与垂直基座1.1的连接处均加装密封条实现充气嘴座11.3与垂直基座1.1之间的静密封。充气嘴一11.1、充气嘴二11.2均安装在充气嘴座11.3上，充气嘴一11.1与充气嘴座11.3的连接处以及充气嘴二11.2与充气嘴座11.3的连接处均加装密封条实现充气嘴一11.1与充气嘴座11.3之间的静密封以及及充气嘴二11.2与充气嘴座11.3之间的静密封。充气嘴一11.1用于外接现有氮气充气装置给光电转台腔内充氮气，充气嘴二11.2用于外接现有气压检测设备检测光电转台腔内气压。打压时，一边通过充气嘴一11.1外接现有氮气充气装置向光电转台腔内充氮气，一边通过充气嘴二11.2外接现有气压检测设备检测光电转台腔内气压，腔内气压不宜过大，否则会造成垂直磁流体密封环2.3泄露或者光电转台腔内光学元件面型变差。需定时对光电转台腔内气压进行测量，及时补充氮气。光电转台腔内充氮气，以保证光电转台内部正压优于5％（视光学口径大小而定）。

本发明的一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，在内部形成一个独立的全气密回路腔，腔内气密充氮，光学载荷、结构件、电子元器件均集成在全气密回路腔内。如图14所示，图中虚线内部可实现动密封以及气密功能，氮气由光电转台底部的充气嘴一11.1输入，如图中箭头方向所示，干燥的氮气依次经过垂直轴系1、照准架3、左立柱部件5、四通7和右立柱部件9，最终充满整个腔体。

本实施方式中，垂直磁流体密封环2.3、第一水平磁流体密封环6.3、第二水平磁流体密封环10.3均为商购成品件。

本实施方式中，窗口镜8为光学加工件，光学口径660mm，材料为多光谱ZnS，在中波和短波波段具有极高的透过率。

本实施方式中，所采用的密封条均可选用密封橡胶条等，但不限于此。

本发明的一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，可实现方位和俯仰两个方向的转动。其中，光电转台方位方向的转动过程如下：

启动垂直轴系1中的方位电机1.4带动垂直轴1.3沿着光电转台方位轴线转动，带动垂直动密封部件2中的垂直磁流体密封内环和垂直上迷宫环2.2以及照准架3进行方位转动，从而带动外罩4、左立柱部件5、第一水平动密封部件6、四通7、窗口镜8、右立柱部件9和第二水平动密封部件10整体沿着光电转台方位轴线转动，从而实现光电转台的方位转动。

其中，光电转台俯仰方向的转动过程如下：

启动右立柱部件9中的俯仰电机9.4带动右轴9.1沿着光电转台俯仰轴线转动，带动第二水平动密封部件10中的水平右旋转迷宫环10.2，四通7，第一水平动密封部件6中的水平左旋转迷宫环6.2，左立柱部件5中的左轴5.5，外罩4中的球上罩4.2、球前罩4.3、球后罩4.4沿着光电转台俯仰轴线转动，从而实现光电转台的俯仰转动。

本发明的一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，通过垂直动密封部件2、第一水平动密封部件6、第二水平动密封部件10可实现光电转台的磁流体液密封功能，具体为：

当光电转台进行方位转动时，利用光电转台高速转动所产生的离心力带动垂直动密封部件2中的垂直磁流体密封内环转动，垂直磁流体密封外环不发生相对转动，通过垂直磁流体密封内环和垂直磁流体密封外环之间的磁流体液本身的特性可阻止内部长时间积累较多水滴、颗粒等介质，隔绝盐雾、霉菌、水汽，保持光电转台前腔内干燥，实现磁流体液密封功能。

当光电转台进行俯仰转动时，利用光电转台高速转动产生的离心力带动第一水平动密封部件6中的第一水平磁流体密封内环和第二水平动密封部件10中的第二水平磁流体密封内环转动，第一水平磁流体密封外环和第二水平磁流体密封外环不发生相对转动，通过第一水平磁流体密封内环和第一水平磁流体密封外环之间以及第二水平磁流体密封内环和第二水平磁流体密封外环之间充满的磁流体液本身的特性可阻止内部长时间积累较多水滴、颗粒等介质，隔绝盐雾、霉菌、水汽，保持光电转台前腔内干燥，实现磁流体液密封功能。

本发明的一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，通过垂直动密封部件2、第一水平动密封部件6、第二水平动密封部件10可实现光电转台的迷宫密封功能，具体为：

通过垂直动密封部件2中的垂直上迷宫环2.2与垂直下迷宫环2.1之间的相对转动，可实现光电转台在进行方位转动时的迷宫密封功能；通过第一水平动密封部件6中的水平左固定迷宫环6.1与水平左旋转迷宫环6.2之间的相对转动，以及第二水平动密封部件10中的水平右固定迷宫环10.1与水平右旋转迷宫环10.2之间的相对转动，可实现光电转台在进行俯仰转动时的迷宫密封功能。

综上，本发明的一种适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，通过垂直动密封部件2、第一水平动密封部件6、第二水平动密封部件10实现了光电转台的磁流体液密封和迷宫密封复合动密封功能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

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；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，其特征在于，所述光电转台内部形成全气密回路腔，包括：

垂直轴系；

设置在垂直轴系上的照准架，所述垂直轴系带动照准架实现方位转动；

安装在垂直轴系和照准架相对转动处的垂直动密封部件；

安装在照准架上的左立柱部件和右立柱部件；

分别与左立柱部件和右立柱部件相连的四通；

安装在左立柱部件与四通相对转动处的第一水平动密封部件；

安装在右立柱部件与四通相对转动处的第二水平动密封部件，通过垂直动密封部件、第一水平动密封部件、第二水平动密封部件实现迷宫密封和磁流体液密封的复合动密封功能；

分别与照准架和四通相连的外罩，所述左立柱部件、第一水平动密封部件、四通、右立柱部件和第二水平动密封部件均安装在外罩内部，所述左立柱部件和右立柱部件带动四通实现俯仰转动；

安装在外罩外壁上的窗口镜；

安装在垂直轴系外壁上的充气嘴组件，用于向全气密回路腔内充氮气和检测全气密回路腔内气压，氮气依次经过垂直轴系、照准架、左立柱部件、四通和右立柱部件充满整个腔体；

所述垂直轴系包括：

带有中心安装孔的垂直基座；

安装在垂直基座中心安装孔中的方位电机；

安装在方位电机内环中的垂直轴；

安装在垂直基座中心安装孔中且套装在垂直轴上的转盘轴承；

与垂直基座底面相连的垂直下盖，所述垂直下盖与垂直基座连接处安装密封条实现静密封；

启动方位电机带动垂直轴实现方位转动；

所述垂直动密封部件包括：

与垂直基座上端相连的垂直下迷宫环，所述垂直下迷宫环上端面设有0.5°斜面；

设置在垂直下迷宫环上的多个第一环状凸起；

与照准架相连的垂直上迷宫环；

设置在垂直上迷宫环上的多个第三环状凸起，多个第一环状凸起与多个第三环状凸起插接在一起；

由垂直磁流体密封内环和垂直磁流体密封外环组成的垂直磁流体密封环，所述垂直磁流体密封内环和垂直磁流体密封外环之间充满磁流体液，所述垂直磁流体密封内环与垂直轴相连且连接处安装密封条实现静密封，所述垂直磁流体密封外环与垂直下迷宫环相连且连接处安装密封条实现静密封；

所述照准架带动垂直上迷宫环实现方位转动，通过垂直上迷宫环与垂直下迷宫环之间的相对转动实现迷宫密封和磁流体液密封的复合动密封功能；

所述照准架包括：

与垂直轴和垂直上迷宫环相连的底座；

设置在底座两侧的左侧照准架壳体和右侧照准架壳体，所述左侧照准架壳体和右侧照准架壳体内部中空；

固定在底座上的上盖板，所述上盖板与底座连接处安装密封条实现静密封；

所述左立柱部件和右立柱部件分别对应安装左侧照准架壳体和右侧照准架壳体上；

所述外罩设计为球形，包括：

分别安装在左侧照准架壳体和右侧照准架壳体前后侧面的两个球边罩；

分别安装在左侧照准架壳体和右侧照准架壳体上表面外侧的两个球侧罩，所述左立柱部件和右立柱部件分别与两个球侧罩内壁相连；

分别与四通上端、前端、后端相连的球上罩、球前罩和球后罩，所述四通与球上罩、球前罩、球后罩连接处均安装密封条实现静密封；

设置在球前罩上的至少一个窗口镜安装孔，所述窗口镜对应安装在窗口镜安装孔中；

所述左立柱部件包括：

与左侧照准架壳体相连的左立柱，所述左立柱与位于左侧照准架壳体上表面外侧的球侧罩相连；

通过过盈配合安装在左立柱内部的左立柱轴承；

通过过盈配合安装在左立柱轴承内环中的左轴，所述左轴与四通左侧相连；

安装在左轴上的水平编码器，用于测量左轴在俯仰方向的转动角度；

与左立柱左侧相连的水平左侧盖，所述水平左侧盖与左立柱连接处安装密封条实现静密封；

所述第一水平动密封部件包括：

安装在左立柱右侧的水平左固定迷宫环，所述水平左固定迷宫环与左立柱连接处安装密封条实现静密封；

设置在水平左固定迷宫环上的多个第四环状凸起；

与四通左侧相连的水平左旋转迷宫环，所述水平左旋转迷宫环与四通连接处安装密封条实现静密封；

设置在水平左旋转迷宫环上的多个第五环状凸起，多个第四环状凸起与多个第五环状凸起插接在一起；

由第一水平磁流体密封内环与第一水平磁流体密封外环组成的第一水平磁流体密封环，所述第一水平磁流体密封内环和第一水平磁流体密封外环之间充满磁流体液，所述第一水平磁流体密封内环与左轴相连且连接处安装密封条实现静密封，所述第一水平磁流体密封外环与水平左固定迷宫环相连且连接处安装密封条实现静密封；

所述四通带动水平左旋转迷宫环实现俯仰转动，通过水平左固定迷宫环与水平左旋转迷宫环之间的相对转动实现迷宫密封和磁流体液密封的复合动密封功能；

所述右立柱部件包括：

与右侧照准架壳体相连的右立柱，所述右立柱与位于右侧照准架壳体上表面外侧的球侧罩相连；

通过过盈配合安装在右立柱内部的右立柱轴承；

通过过盈配合安装在右立柱轴承内环中的右轴，所述右轴与四通右侧相连；

安装在右立柱上的俯仰电机，所述右轴与俯仰电机相连，通过俯仰电机驱动右轴实现俯仰转动；

与右立柱右侧相连的水平右侧盖，所述右侧水平右侧盖与右立柱连接处安装密封条实现静密封；

所述第二水平动密封部件包括：

安装在右立柱左侧的水平右固定迷宫环，所述水平右固定迷宫环与右立柱连接处安装密封条实现静密封；

设置在水平右固定迷宫环上的多个第六环状凸起；

与四通右侧相连的水平右旋转迷宫环，所述水平右旋转迷宫环与四通连接处安装密封条实现静密封；

设置在水平右旋转迷宫环上的多个第七环状凸起，多个第六环状凸起与多个第七环状凸起插接在一起；

由第二水平磁流体密封内环与第二水平磁流体密封外环组成的第二水平磁流体密封环，所述第二水平磁流体密封内环和第二水平磁流体密封外环之间充满磁流体液，所述第二水平磁流体密封内环与右轴相连且连接处安装密封条实现静密封，所述第二水平磁流体密封外环与水平右固定迷宫环相连且连接处安装密封条静密封；

所述四通带动水平右旋转迷宫环实现俯仰转动，通过水平右固定迷宫环与水平右旋转迷宫环之间的相对转动实现迷宫密封和磁流体液密封的复合动密封功能。

2.根据权利要求1所述的适用于中大口径光学设备的复合动密封球形充氮光电转台，其特征在于，所述充气嘴组件包括：

安装在垂直基座上的充气嘴座，所述充气嘴座与垂直基座连接处安装密封条实现静密封；

安装在充气嘴座上的充气嘴一，用于向光电转台腔内充氮气，所述充气嘴一与充气嘴座连接处安装密封条实现静密封；

安装在充气嘴座上的充气嘴二，用于检测光电转台腔内气压，所述充气嘴二与充气嘴座连接处均安装密封条实现静密封。

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