CN115166933B - 一种多点热控主镜面形调整装置及调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多点热控主镜面形调整装置及调整方法，属于空间光学遥感器技术领域；包括超轻主镜、6个主镜支撑结构和热控装置；其中，超轻主镜为圆环状结构；超轻主镜的背面均布三角筋；每个三角筋对应1个热控装置，热控装置贴附在超轻主镜的背面；6个主镜支撑结构两两一组分为3组；3组主镜支撑结构沿周向均匀设置在超轻主镜的背面；每组的2个主镜支撑结构对称设置；且每个主镜支撑结构安装在对应三角筋的角处；本发明保证在地面装调、测试过程及空间环境下面形良好，使主镜组件具有较大的温度适应性及自主调节能力。
Description
技术领域
本发明属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种多点热控主镜面形调整装置及调整方法。
背景技术
在以往的空间望远镜反射镜组件地面测试中，由于反射镜口径较小，支撑方式大多为超静定约束设计，对反射镜镜体热膨胀系数的分布缺少关注，对支撑系统与反射镜的装配当中存在的胶层固化、收缩等工艺过程以及各种材料的特性缺少充分的测试和仿真。这种方式对于较小口径反射镜的测试验证来说是满足的，但是无法适应反射镜口径日益增大的研制需求。
随着反射镜口径的增大，轻量化程度的提高，特别是Sic主镜轻量化设计的应用，镜体热膨胀系数较大，成为热载荷影响的评估中不可忽略的因素。面形精度的高标准也要求支撑装配的精准把控，使得在加工与装调过程中需要对各个支撑结构环节和工艺过程进行严格试验和仿真分析，进而增加了设计/加工及装调难度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种多点热控主镜面形调整装置及调整方法，保证在地面装调、测试过程及空间环境下面形良好，使主镜组件具有较大的温度适应性及自主调节能力。
本发明解决技术的方案是：
一种多点热控主镜面形调整装置，包括超轻主镜、6个主镜支撑结构和热控装置；其中，超轻主镜为圆环状结构；超轻主镜的背面均布三角筋；每个三角筋对应1个热控装置，热控装置贴附在超轻主镜的背面；6个主镜支撑结构两两一组分为3组；3组主镜支撑结构沿周向均匀设置在超轻主镜的背面；每组的2个主镜支撑结构对称设置；且每个主镜支撑结构安装在对应三角筋的角处。
在上述的一种多点热控主镜面形调整装置，所述超轻主镜为环状结构，超轻主镜的外径为746mm，内径为200mm；超轻主镜采用SiC材料，受热膨胀系数为2.24×10-6/℃；热导率为110-330W/m·K。
在上述的一种多点热控主镜面形调整装置，6个主镜支撑结构形成Bipod六杆支撑形式。
在上述的一种多点热控主镜面形调整装置，所述热控装置贴附在对应三角筋的中间，热控装置为三角形形状；热控装置的侧边距三角筋侧壁2.5mm。
在上述的一种多点热控主镜面形调整装置，所述热控装置包括导热硅胶、转接片和加热片；其中，导热硅胶涂覆在超轻主镜的背面；转接片贴附在导热硅胶的外壁；加热片贴附在转接片的外壁。
在上述的一种多点热控主镜面形调整装置，在转接片的四周涂GD414硅橡胶进行封边处理。
在上述的一种多点热控主镜面形调整装置，所述超轻主镜的温度每变化1℃会产生一个低阶的power像差，即产生面形变形；通过热控装置对超轻主镜实现温度控制，实现与外界环境温度引起的power像差或是超轻主镜装配过程产生的power像差抵消，实现镜面调整。
在上述的一种多点热控主镜面形调整装置，每个热控装置均独立控制，实现对对应三角筋区域的超轻主镜进行温度控制，最终实现超轻主镜大温度范围的适应性及面形调节。
一种多点热控主镜面形调整方法，包括如下步骤：
在超轻主镜的背面均布安装三角筋；
在超轻主镜的背面沿周向安装6个主镜支撑结构；且每个主镜支撑结构安装在三角筋的角处；
每个三角筋对应1个热控装置；将热控装置安装在三角筋对应的超轻主镜背面；
通过热控装置对超轻主镜的温度控制，产生低阶的power像差，实现与外界环境温度引起的power像差或是超轻主镜装配过程产生的power像差抵消，实现镜面调整。
在上述的一种多点热控主镜面形调整方法，所述热控装置包括导热硅胶、转接片和加热片；其中，导热硅胶涂覆在超轻主镜的背面；转接片贴附在导热硅胶的外壁；加热片贴附在转接片的外壁。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明设计的热控主镜面形调整装置，在外界温度变化的情况下，通过调节主镜背部热控装置，主镜温度可控制在0.2℃以内，进而降低温度变化对超轻主镜面形的影响，实现对主镜温度的精准控制；
(2)本发明通过背部多点热控实现对超轻主镜面形的精准调节。通过装调检测反馈的面形数据，进而改变主镜背部热控装置的温度，实现超轻主镜背部温度的调节，使主镜产生一定的热变形进而提高主镜面形精度；
(3本发明实施过程简单，有利于快速完成主镜组件的装调，并对后续集成热环境不敏感。
附图说明
图1为本发明调整装置结构示意图；
图2为本发明热控装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
提供了一种多点热控主镜面形调整装置及调整方法，解决了热载荷对主镜面形的影响，实现了对主镜面形的精准控制。
多点热控主镜面形调整装置，如图1所示，具体包括超轻主镜1、6个主镜支撑结构2和热控装置3；其中，超轻主镜1为圆环状结构；超轻主镜1的背面均布三角筋7；每个三角筋7对应1个热控装置3，热控装置3贴附在超轻主镜1的背面；6个主镜支撑结构2两两一组分为3组；3组主镜支撑结构2沿周向均匀设置在超轻主镜1的背面；每组的2个主镜支撑结构2对称设置；且每个主镜支撑结构2安装在对应三角筋7的角处。
超轻主镜1为环状结构，超轻主镜1的外径为746mm，内径为200mm；超轻主镜1采用SiC材料，受热膨胀系数为2.24×10-6/℃；热导率为110-330W/m·K。故而其在有较小的温度波动时即会有较大的温度变形，而其热导率为110～330W/m.K，其热导率较大，故而热传递较快，外界温度变化时会会快达到热平衡。6个主镜支撑结构2形成Bipod六杆支撑形式。热控装置3贴附在对应三角筋7的中间，热控装置3为三角形形状.
热控装置根据不同位置的轻量化孔形状的不同而进行投产加工，热控装置3的侧边距三角筋7侧壁2.5mm。
如图2所示，热控装置3包括导热硅胶4、转接片5和加热片6；其中，导热硅胶4涂覆在超轻主镜1的背面；转接片5贴附在导热硅胶4的外壁；加热片6贴附在转接片5的外壁。在转接片5的四周涂GD414硅橡胶进行封边处理。
针对超轻主镜1，主镜会有一个低阶power像差，其RMS为0.014λ变形量，光学系统要求相机主镜面形RMS优于0.016λ，而相机结构的热控控制仅能保证超轻主镜在3℃温度变化以内。超轻主镜1受1℃温度变化时，主镜会有一个低阶power像差，超轻主镜1的温度每变化1℃会产生一个低阶的power像差，即产生面形变形；通过热控装置3对超轻主镜1实现温度控制，实现与外界环境温度引起的power像差或是超轻主镜1装配过程产生的power像差抵消，实现镜面调整。
由于超轻主镜1采用SiC材料，其热导率较大，在超轻主镜上粘贴热控装置，温度平衡较快。经过计算，如图2所示在超轻主镜上粘贴热控装置后，超轻主镜通过热控装置温变1℃会产生一个低阶power像差，可以和外界环境的温度变化引起的power像差或超轻主镜组件自身的power像差抵消。
每个热控装置3均独立控制，实现对对应三角筋7区域的超轻主镜1进行温度控制，最终实现超轻主镜1大温度范围的适应性及面形调节。
一种多点热控主镜面形调整方法，具体包括如下步骤：
在超轻主镜1的背面均布安装三角筋7。
在超轻主镜1的背面沿周向安装6个主镜支撑结构2；且每个主镜支撑结构2安装在三角筋7的角处。
每个三角筋7对应1个热控装置3；将热控装置3安装在三角筋7对应的超轻主镜1背面；热控装置3包括导热硅胶4、转接片5和加热片6；其中，导热硅胶4涂覆在超轻主镜1的背面；转接片5贴附在导热硅胶4的外壁；加热片6贴附在转接片5的外壁。
通过热控装置3对超轻主镜1的温度控制，产生低阶的power像差，实现与外界环境温度引起的power像差或是超轻主镜1装配过程产生的power像差抵消，实现镜面调整。
本发明使超轻主镜1具有较好的温度适应性。超轻主镜1完成装配后，外界的环境会对超轻主镜1的面形产生一定的影响，进而使超轻主镜1面形难以达到理想面形，应用本发明，在外界温度变化的情况下，通过调节主镜背部热控装置，超轻主镜1温度可控制在0.2℃以内，进而降低温度变化对超轻主镜1面形的影响，实现对超轻主镜1温度的精准控制。本发明可以保证超轻主镜1组件在大温度变化环境下，实现对超轻主镜1温度的精准调控。
本发明提供一种轻质主镜多点热控面形调整方法，通过调节主镜背部多个位置的温度，实现对主镜不同点温度的调节，从而实现对主镜对较大温度范围的适应性及面形的调节。保证在地面装调、测试过程及空间环境下面形良好，使主镜组件具有较大的温度适应性及自主调节能力。
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 (7)
1.一种多点热控主镜面形调整装置，其特征在于：包括超轻主镜(1)、6个主镜支撑结构(2)和热控装置(3)；其中，超轻主镜(1)为圆环状结构；超轻主镜(1)的背面均布三角筋(7)；每个三角筋(7)对应1个热控装置(3)，热控装置(3)贴附在超轻主镜(1)的背面；6个主镜支撑结构(2)两两一组分为3组；3组主镜支撑结构(2)沿周向均匀设置在超轻主镜(1)的背面；每组的2个主镜支撑结构(2)对称设置；且每个主镜支撑结构(2)安装在对应三角筋(7)的角处；
所述热控装置(3)包括导热硅胶(4)、转接片(5)和加热片(6)；其中，导热硅胶(4)涂覆在超轻主镜(1)的背面；转接片(5)贴附在导热硅胶(4)的外壁；加热片(6)贴附在转接片(5)的外壁；
所述超轻主镜(1)的温度每变化1℃会产生一个低阶的power像差，即产生面形变形；通过热控装置(3)对超轻主镜(1)实现温度控制，实现与外界环境温度引起的power像差或是超轻主镜(1)装配过程产生的power像差抵消，实现镜面调整。
2.根据权利要求1所述的一种多点热控主镜面形调整装置，其特征在于：所述超轻主镜(1)为环状结构，超轻主镜(1)的外径为746mm，内径为200mm；超轻主镜(1)采用SiC材料，受热膨胀系数为2.24×10-6/℃；热导率为110-330W/m·K。
3.根据权利要求1所述的一种多点热控主镜面形调整装置，其特征在于：6个主镜支撑结构(2)形成Bipod六杆支撑形式。
4.根据权利要求1所述的一种多点热控主镜面形调整装置，其特征在于：所述热控装置(3)贴附在对应三角筋(7)的中间，热控装置(3)为三角形形状；热控装置(3)的侧边距三角筋(7)侧壁2.5mm。
5.根据权利要求4所述的一种多点热控主镜面形调整装置，其特征在于：在转接片(5)的四周涂GD414硅橡胶进行封边处理。
6.根据权利要求5所述的一种多点热控主镜面形调整装置，其特征在于：每个热控装置(3)均独立控制，实现对对应三角筋(7)区域的超轻主镜(1)进行温度控制，最终实现超轻主镜(1)大温度范围的适应性及面形调节。
7.基于权利要求1所述的一种多点热控主镜面形调整装置的调整方法，其特征在于：包括如下步骤：
在超轻主镜(1)的背面均布安装三角筋(7)；
在超轻主镜(1)的背面沿周向安装6个主镜支撑结构(2)；且每个主镜支撑结构(2)安装在三角筋(7)的角处；
每个三角筋(7)对应1个热控装置(3)；将热控装置(3)安装在三角筋(7)对应的超轻主镜(1)背面；
通过热控装置(3)对超轻主镜(1)的温度控制，产生低阶的power像差，实现与外界环境温度引起的power像差或是超轻主镜(1)装配过程产生的power像差抵消，实现镜面调整；
所述热控装置(3)包括导热硅胶(4)、转接片(5)和加热片(6)；其中，导热硅胶(4)涂覆在超轻主镜(1)的背面；转接片(5)贴附在导热硅胶(4)的外壁；加热片(6)贴附在转接片(5)的外壁。
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