CN115220174B - 一种用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明要解决现有技术中的涉及反射镜柔性装配的技术问题，提供一种用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构。包括支撑加强筋结构位于支撑法兰盘后部，用于为柔性支撑结构提供支撑力；柔性支撑结构本体内部结构为支撑加强筋结构和连接筋，与支撑法兰盘相连；柔性支撑结构以配合的方式为在柔性支撑结构本体的连接面通过涂抹光学结构胶与反射镜进行粘连；柔性支撑结构本体的连接面具有卸载槽结构，卸载槽结构用于为反射镜提供需求柔性，以降低振动与温度等因素对反射镜造成的面形精度变化，使光线照射反射镜后，按照预期光路进行反射，保证光学相机的成像质量。同时本发明结构采用一体式，降低反射镜装配难度和使用过程中产生的成像偏差。

Description

一种用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构

技术领域

本发明涉及航天精密仪器技术领域，特别涉及一种用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构。

背景技术

现有技术中，大口径反射镜，具体指直径超过400mm的反射镜，其自身的支撑结构主要为三点支撑的支撑方式；支撑结构为柔性支撑结构，支撑结构的柔性可以抵消部分因为振动，温度变化等因素造成反射镜面形变化的应力，同时保证反射镜的面形精度以及减小反射镜镜面变形对光机成像的影响；

其中，支撑结构大多为装配组件，为了解决装配组件在安装和使用过程中存在的问题，需要设计一种一体式柔性支撑结构，用于代替支撑装配组件。

目前，大口径反射镜支撑结构大多数为装配组件式支撑结构，采用锥套和柔性支撑分体装配的方式，通过螺栓进行连接。采用这种方式会存在如下问题，1.在装配过程中，如出现加工误差过大或其他原因使配合孔位置出现偏差，就会导致两个零件安装困难或者不能安装的情况；2.同时不正确的安装还会导致柔性支撑结构在使用过程中出现应力集中现象，致使零件被破坏；3.两个装配体零件采用不同的材料，不同的材料的热特性存在差异，就会使零件在受热的条件下，出现不同的膨胀变形，使得零件受到不均匀的热应力，导致零件出现变形或者失效。为了解决装配组件在安装和使用过程中存在的问题，需要设计一种锥套和柔性支撑一体式柔性支撑结构，用于代替支撑装配组件。

例如，现有技术中，文献名称《空间遥感器反射镜背部支撑结构设计》，作者王克军，其技术方案提出的技术方案如附图1、2、3所示，主要包括两个部分，分别为锥套和柔性支撑结构，两者通过螺栓连接固定，锥套材料为铟钢，柔性支撑结构材料为钛合金。

发明内容

本发明要解决现有技术中的涉及反射镜柔性装配的技术问题，提供一种用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构。对于柔性装配的技术解释为：在反射镜使用的过程中，柔性结构属于关键因素，柔性结构作为一种动态支撑，通过柔性结构的弹性变形，使得反射镜在受到振动，温度变化等条件下，面形精度RMS达到≤λ/50的精度要求(λ＝632.8nm)；通过分析反射镜面形精度的变化，可以分析出柔性结构是否满足当前的使用要求。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明的核心内容主要有以下两点：1.本发明结构为一体式，可避免分体装配式结构造成的安装使用问题；2.目前大多数三点式柔性支撑结构为闭口式结构，本发明的柔性结构为开口柔性支撑结构，通过这个开口结构，不但可以为支撑结构提供需求的柔性，同时也在加工过程中，降低加工难度，便于生产，支撑结构整体质量也相对较轻，具体为：

一种用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，包括：

支撑法兰盘，使用螺栓和销钉，通过螺纹孔和通孔连接背板；

支撑加强筋结构，其与所述支撑法兰盘相连，并用于为所述柔性支撑结构本体提供支撑力；

柔性支撑结构本体，内部结构为所述支撑加强筋结构和内筒结构，与所述支撑法兰盘相连。

所述柔性支撑结构本体使用连接面配合反射镜，且所述柔性支撑配合的方式为在所述柔性支撑结构本体的连接面通过涂抹光学结构胶与反射镜进行粘连；

其中，所述柔性支撑结构本体的连接面具有卸载槽结构，所述卸载槽结构用于为所述反射镜提供需求柔性，以降低反射镜受到干扰后的面形精度变化。

具体地，所述柔性支撑结构本体由铟钢制作。

具体地，所述柔性支撑结构本体自所述反射镜向所述背板的方向直径逐渐增加，并构造成圆台状。

具体地，所述柔性支撑结构本体还包括外筒结构；

所述外筒结构呈圆台状；

所述内筒结构呈空心圆柱状；

所述外筒结构和所述内筒结构具有相同的中心。

具体地，所述外筒结构和所述内筒结构通过连接筋连接、且所述外筒结构、所述内筒结构和所述连接筋之间形成多个第一柔性空间。

具体地，所述卸载槽结构开设在所述内筒结构上；

所述卸载槽结构包括多个、且自所述内筒结构的第一端沿着所述内筒结构的高度方向开设；

其中，所述卸载槽结构与所述连接筋交错布置。

优选地，所述卸载槽结构包括多个、且自所述外筒结构的第一端沿着所述外筒结构的高度方向开设。

优选地，所述卸载槽结构包括：

纵向槽，其自所述外筒结构的第一端形成；

横向槽，其连通所述纵向槽；

其中，所述横向槽的宽度大于所述纵向槽的宽度；

所述横向槽的两端构造出导圆弧。

优选地，所述支撑法兰盘包括：中心支撑筒，法兰安装盘圆环。

优选地，所述支撑加强筋结构包括：

支撑体，其一端连接所述内筒结构的第二端，其另一端连接所述中心支撑筒。

本发明具有以下的有益效果：

本申请的技术方案具有质量小，而且能够提供足够的支撑强度，保证反射镜得到应有的刚度，同时也满足了反射镜需要的柔性，在热膨胀变形条件下，发明结构面形精度优于现有技术结构。

另外，发明结构可代替现有常规结构，作为反射镜支撑结构，同时在重力和热膨胀的条件下，进一步地，使得面形精度有所提高，保证反射镜收集光线的准确性和有效性，同时可以避免面形精度差造成的成像偏差，保证光机的成像质量和光机传函的准确性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为现有技术柔性结构的示意图；

图2为现有技术柔性结构的一则装配实施例；

图3为现有技术柔性结构的另一则装配实施例；

图4为本发明的装配实施例；

图5为本发明的基于结构参数的模拟选取的实施例；

图6为本发明的基于结构参数的模拟选取的另一则实施例；

图7为本发明的结构示意图；

图8为本发明的柔性支撑基座的结构示意图；

图9为本发明的卸载槽结构的结构示意图；

图10为本发明的三维结构示意图。

图中的附图标记表示为：

支撑法兰盘10、背板2、支撑加强筋结构20、柔性支撑结构本体30、反射镜2、卸载槽结构40；

内筒结构31、外筒结构32、连接筋33、第一柔性空间101；

纵向槽41、横向槽42、基座体11、中心支撑筒13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；需要说明的是，本申请中为了便于描述，以当前视图中“左侧”为“第一端”，“右侧”为“第二端”，“上侧”为“第一端”，“下侧”为“第二端”，如此描述的目的在于清楚的表达该技术方案，不应当理解为对本申请技术方案的不当限定。

请参阅附图3-10所示，本发明支撑法兰盘10以圆盘结构为安装底座，柔性支撑结构本体30设置卸载槽结构40，卸载槽结构40呈120°均布布置，本技术方案整体结构为轴对称布置；具体地：

在一个具体的实施例中，请参阅图7-10所示，一种用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，包括：

支撑法兰盘10，其用于连接背板2；

支撑加强筋结构20，其与所述支撑法兰盘10相连，并用于为所述柔性支撑结构本体30提供支撑力；

柔性支撑结构本体30，内部结构为所述支撑加强筋结构20和内筒结构31，与所述支撑法兰盘10相连；

所述柔性支撑结构本体30使用连接面配合反射镜1，且所述柔性支撑配合的方式为在所述柔性支撑结构本体30的连接面通过涂抹光学结构胶与反射镜进行粘连；

其中，柔性支撑结构本体30的连接面具有卸载槽结构40，卸载槽结构40用于为反射镜1提供需求柔性，以降低两者之间的面形精度变化。

在一个具体的实施例中，请参阅图7-10所示，柔性支撑结构本体30由铟钢制作。

在一个具体的实施例中，请参阅图7-10所示，柔性支撑结构本体30自反射镜1向背板2的方向直径逐渐增加，并构造成圆台状。

在一个具体的实施例中，请参阅图7-10所示，柔性支撑结构本体30还包括外筒结构32；

外筒结构32呈圆台状；

内筒结构31呈空心圆柱状；

外筒结构32和内筒结构具有相同的中心。

在一个具体的实施例中，请参阅图7-10所示，外筒结构32和内筒结构31通过连接筋33连接、且外筒结构32、内筒结构31和连接筋33之间形成多个第一柔性空间101。

在一个具体的实施例中，请参阅图7-10所示，卸载槽结构40开设在内筒结构31上；

卸载槽结构40包括多个、且自内筒结构31的第一端沿着内筒结构31的高度方向开设；

其中，卸载槽结构40与连接筋33交错布置。

在一个具体的实施例中，请参阅图7-10所示，卸载槽结构40包括多个、且自外筒结构32的第一端沿着外筒结构32的高度方向开设。

在一个具体的实施例中，请参阅图7-10所示，卸载槽结构40包括：

纵向槽41，其自外筒结构32的第一端形成；

横向槽42，其连通纵向槽41；

其中，横向槽42的宽度大于纵向槽41的宽度；

横向槽42的两端构造出导圆弧。

在一个具体的实施例中，请参阅图7-10所示，支撑法兰盘10包括：

中心支撑筒13，其相连法兰安装盘圆环11。

请参阅图10所示，支撑加强筋结构20包括：

支撑体22，其一端连接内筒结构31的第二端，其另一端连接中心支撑筒13。

实施例中的技术方案与现有技术的对比；

结构性能对比：如附图1所示，对比对象为目前大口径反射镜常规柔性支撑结构(参考文献：《空间遥感器反射镜背部支撑结构设计_王克军》)。此结构分为两个部分，分别为锥套和柔性支撑结构，两者通过螺栓连接固定，锥套材料为铟钢，柔性支撑结构材料为钛合金。对比采用相同直径的反射镜以及相同结构的背板，仅通过更改柔性支撑结构，进行本发明和现有柔性支撑结构性能对比。

请参阅附图3、4，结合对比如附表1所示：

对附图3、4分别对上述反射镜组件进行静力学仿真分析，得到如下结果；

附表1第一对比结果

从对反射镜组件进行模态，重力以及温度仿真的结果可以看出，两者的第一模态相差较小；在重力条件下，面形精度变化也基本相同；由于发明结构为一体式结构，使用线性膨胀系数较小的铟钢材料，对比可以看出发明结构在热膨胀变形方面优于现有技术结构，同时，本发明一体式结构的质量也得到了优化。

总结：发明结构的质量不仅相对现有结构的质量小，而且能够提供足够的支撑强度，保证反射镜得到应有的刚度，同时也满足了反射镜需要的柔性，由于本发明选用材料的原因，在热膨胀变形条件下，发明结构面形精度优于参考结构。

反射镜组件的安装位置为背板，所以将反射镜组件安装在背板上，再次进行仿真，得到如下结果。

附表2第二对比结果

从仿真结果可以看出，当反射镜组件在安装到背板后，在受重力的情况下，发明结构和参考结构的面形精度差异较大，采用发明结构作为反射镜支撑结构后，在重力作用后的X方向和Y方向面形精度分别提升37％和31％，热膨胀变形后，面形精度提升85％。

总结：从上述结果来看，发明结构可代替现有常规结构，作为反射镜支撑结构，同时在重力和热膨胀的条件下，面形精度有所提高。

为了研究该发明结构是否存在普遍适用性，以不同尺寸反射镜为研究对象，采用发明结构作为反射镜支撑结构，对组合后的反射镜组件进行仿真，得到的结果如下，即第三对比结果。

附表3第三对比结果

从仿真结果可以看出，针对不同直径反射镜，发明结构作为支撑结构，依然满足使用要求。

针对不同的使用条件，面形精度要求可能不同，所以在这种情况下，需要对结构尺寸做出相应的更改，以达到使用要求。

如附图5、附图6所示，在单独受到重力作用下，通过仿真分析得到，影响结构的关键位置为支撑加强筋结构20和卸载槽结构40，所以对此两处的尺寸进行更改，得到相关变化规律。

第一间距距离H

第一宽度距离L1

第二宽度距离L2

第一高度h1

第二高度h2

圆弧直径φ

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，包括：

支撑法兰盘(10)，使用螺栓和销钉连接背板(2)；

支撑加强筋结构(20)，其与所述支撑法兰盘(10)相连，并用于为所述柔性支撑结构本体(30)提供支撑力；

柔性支撑结构本体(30)，内部结构为所述支撑加强筋结构(20)和内筒结构(31)与所述支撑法兰盘(10)相连；

所述柔性支撑结构本体(30)使用连接面配合反射镜(1)，且所述柔性支撑配合的方式为在所述柔性支撑结构本体(30)的连接面通过涂抹光学结构胶与反射镜进行粘连；

其中，所述柔性支撑结构本体(30)的连接面具有卸载槽结构(40)，所述卸载槽结构(40)用于为所述反射镜(1)提供需求柔性，以降低反射镜面形精度变化。

2.如权利要求1所述的用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，所述柔性支撑结构本体(30)由铟钢制作。

3.如权利要求2所述的用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，所述柔性支撑结构本体(30)自所述反射镜(1)向所述背板(2)的方向直径逐渐增加，并构造成圆台状。

4.如权利要求3所述的用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，所述柔性支撑结构本体(30)还包括外筒结构(32)；

所述外筒结构(32)呈圆台状；

所述内筒结构(31)呈空心圆柱状；

所述外筒结构(32)和所述内筒结构(31)具有相同的中心。

5.如权利要求4所述的用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，所述外筒结构(32)和所述内筒结构(31)通过连接筋(33)连接、且所述外筒结构(32)、所述内筒结构(31)和所述连接筋(33)之间形成多个第一柔性空间(101)。

6.如权利要求5所述的用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，所述卸载槽结构(40)开设在所述内筒结构(31)上；

所述卸载槽结构(40)包括多个、且自所述内筒结构(31)的第一端沿着所述内筒结构(31)的高度方向开设；

其中，所述卸载槽结构(40)与所述连接筋(33)交错布置。

7.如权利要求5所述的用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，所述卸载槽结构(40)包括多个、且自所述外筒结构(32)的第一端沿着所述外筒结构(32)的高度方向开设。

8.如权利要求7所述的用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，所述卸载槽结构(40)包括：

纵向槽(41)，其自所述外筒结构(32)的第一端形成；

横向槽(42)，其连通所述纵向槽(41)；

其中，所述横向槽(42)的宽度大于所述纵向槽(41)的宽度；

所述横向槽(42)的两端构造出导圆弧。

9.如权利要求4-8任一项所述的用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，所述支撑法兰盘(10)包括：中心支撑筒(13)，其相连法兰安装盘圆环(11)。

10.如权利要求9所述的用于反射镜支撑的一体式开口柔性支撑结构，其特征在于，所述支撑加强筋结构(20)包括：

支撑体，其一端连接所述内筒结构(31)的第二端，其另一端连接所述中心支撑筒(13)。