CN115268180A - 一种焦面消热变形支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及航天光学遥感器领域，具体公开了一种焦面消热变形支撑结构，包括多组连接件，连接件包括变形筒、插设于变形筒内的变形杆，变形杆与变形筒螺纹连接；变形杆的热膨胀系数小于变形筒的热膨胀系数，变形杆的长度大于变形筒的长度；焦面组件连接于变形杆的一端，变形杆均指向焦面组件中心，镜头组件连接于变形筒。可以有效减少焦面组件温度变形对镜头组件的拉扯，保证连接稳定。
Description
技术领域
本申请属于航天光学遥感器的技术领域，涉及一种应用于航天光学遥感器焦面组件的支撑结构。
背景技术
随着航天光学遥感器市场的迅速发展，对航天光学遥感器(以下简称相机)的研制模式、设计理念都提出了新的更高的要求。之前单件长周期的研制模式已经不能适应市场需求，取而代之的是小批量、系列化、短周期、更新快的新特点。这就要求相机在设计时需要考虑到组件模块化和适配互换性。
相机镜头对温度敏感度高，而焦面组件有探测器及成像电路，不可避免的会成为相机内热源。为了避免焦面组件发热对相机镜头造成影响，通常需要在焦面组件与镜头之间设置隔热元件，避免其向镜头漏热。在材料选择方面，镜头组件为了减少温度变化引起的热变形，通常选用热导系数和热膨胀系数均比较低的复合材料；但是焦面组件为了尽快将热量散走或均匀化，通常选用热导系数较大的金属材料。这就导致了焦面组件与镜头组件热变形不比配的问题。焦面组件温度变化时其自身会产生较大热变形，传统的焦面安装接口无法消除这一变形，导致相机镜头组件与焦面组件互相拉扯，严重时会直接影响相机成像质量。
发明内容
本发明解决的技术问题是：相机焦面组件发热变形后引起的镜头组件与焦面组件互相拉扯，本申请公开了一种焦面消热变形支撑结构。实现镜头组件与焦面组件的热变形匹配，可以避免镜头组件与焦面组件互相拉扯，保证连接稳定。
本申请采用如下的技术方案：
一种焦面消热变形支撑结构，包括多组连接件，每组连接件包括变形筒、插设于变形筒内的变形杆，变形杆与变形筒螺纹连接；变形杆的热膨胀系数小于变形筒的热膨胀系数，变形杆的长度大于变形筒的长度；焦面组件连接于变形杆的一端，变形杆均指向焦面组件中心，镜头组件连接于变形筒。
所述连接件成组安装在相机焦面组件上，通过热变形匹配设计实现抵消热变形的目的。
所述变形杆和变形筒的长度比与变形杆和变形筒的热膨胀系数比呈反比。
所述变形杆为钛合金材质，变形筒为铝合金材质，变形杆与变形筒的长度比为2.4:1～2.6:1。所述变形杆与变形筒的长度比为2.5:1。
沿着远离所述焦面组件中心的方向，变形筒内依次设置有连通的第一腔室和第二腔室，第一腔室的内径大于第二腔室，第一腔室和第二腔室之间为第一交接面，变形杆沿着远离焦面组件中心的方向依次设置有第一连接段和第二连接段，第一连接段和第二连接段之间为第二交接面，第一连接段的外径大于第二连接段的外径，第一交接面与第二交接面重合。
所述第二连接段设置有外螺纹，变形筒的第二腔室位置设置有内螺纹，外螺纹与内螺纹相配合。
所述第二连接段的外螺纹长度为第二连接段的螺纹导程的5-8倍。
所述变形杆的一端设置有连接接口，连接接口用于连接焦面组件。
所述变形筒的外壁连接有连接耳，连接耳开设有连接孔，连接孔用于连接镜头组件。
所述变形杆与变形筒连接完毕后封胶固化；连接件与焦面组件导热连接，连接件与镜头组件通过隔热元件隔热连接。
每个连接件包括一个钛合金变形杆和一个铝合金变形筒。变形杆一端设有焦面连接接口可与焦面其余结构相连，另一端设有外螺纹可与变形筒连接。变形筒一端的内部设有内螺纹可与变形杆连接，另一端外侧设有镜头连接接口可与镜头连接。该结构在使用时应设计计算钛合金变形杆的长度和铝合金变形筒的长度，使之比例大致为2.5:1。
根据焦面结构形式和尺寸，可以选择三或四组支撑结构成组使用，要求各变形杆均指向焦面结构中心，实现在焦面结构温度变化发生热变形时变形杆同步升温/降温，发生沿杆方向的伸长/缩短。同时变形筒也会升温/降温，发生沿轴向方向的伸长/缩短。
使用时应先将变形杆与变形筒通过螺纹连接为整体并封胶固化。然后再利用支撑结构组件实现镜头与焦面的连接。支撑结构组件与焦面结构导热连接，与镜头组件通过隔热元件隔热连接。
综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
1.本发明提供了一种同于相机镜头与焦面组件间连接的通用支撑连接形式，这种支撑结构形式可以用用在绝大多数相机上。
2.本发明利用三-四组支撑结构成组安装使用，可以有效减少焦面组件温度变形对镜头组件的拉扯，保证连接稳定。
3.这种利用材料膨胀系数匹配设计的消热变形支撑结构可以提供较大的结构刚度和连接强度，没有过多柔性环节，有效提升连接动力学可靠性。
4.这种消热支撑结构设计简单，零件加工容易，成本低。
5.这种消热支撑结构尺寸小，特别适用于紧凑空间使用。
附图说明
图1为本申请实施例中的焦面消热变形支撑结构的结构示意图；
图2为支撑结构一焦面组件连接后的结构示意图。
附图标记说明：1、变形杆；11、连接接口；12、第一连接段；13、第二连接段；14、第二交接面；
2、变形筒；21、连接耳；22、连接孔；23、第一腔室；24、第二腔室；25、第一交接面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：
本申请实施例公开一种焦面消热变形支撑结构，如图1所示，包括多组连接件，连接件包括变形筒2、插设于变形筒2内的变形杆1，变形杆1与变形筒2螺纹连接；变形杆1的热膨胀系数小于变形筒2的热膨胀系数，变形杆1的长度大于变形筒2的长度；焦面组件连接于变形杆1的一端，变形杆1均指向焦面组件中心，镜头组件连接于变形筒2。该结构可以抵消焦面热变形，避免焦面与镜头互相拉扯。
变形杆1和变形筒2的长度比与变形杆1和变形筒2的热膨胀系数之比呈反比，变形杆1与变形筒2的长度比为2.4:1～2.6:1，本实施例中，变形杆1为钛合金材质，变形筒2为铝合金材质，变形杆1与变形筒2的长度比为2.5:1。具体的，钛合金变形杆1的长度为40mm，铝合金变形筒2的长度为16mm。
沿着远述焦面组件中心的方向，变形筒2内依次设置有连通的第一腔室23和第二腔室24，第一腔室23的内径大于第二腔室24，第一腔室23和第二腔室24之间为第一交接面25，变形杆1沿着远离焦面组件中心的方向依次设置有第一连接段12和第二连接段13，第一连接段12和第二连接段13之间为第二交接面14，第一连接段12的外径大于第二连接段13的外径，第一交接面25与第二交接面14抵接。第一交接面25与第二交接面14的设置，使得变形杆1和变形筒2有较大的接触面积，从而便于传热。第二连接段13设置有外螺纹，变形筒2的第二腔室24位置设置有内螺纹，外螺纹与内螺纹相配合，第二连接段13的外螺纹长度所选螺纹导程的5-8倍，保证螺纹能够可靠连接。
变形杆1的一端设置有连接接口11，连接接口11用于连接焦面组件。变形筒2的外壁连接有连接耳21，连接耳21开设有连接孔22，连接空用于连接镜头组件。变形杆1与变形筒2连接完毕后封胶固化；连接件与焦面组件导热连接，连接件与镜头组件通过隔热元件隔热连接。
本实施例中，四个连接件成组使用，变形杆1和变形筒2使用时提前螺纹连接组装完毕，然后将焦面组件与变形杆1上的连接接口11连接，镜头组件与变形筒2上的连接孔22连接，典型的组成方式如图2所示。消热变形支撑组件安装均匀分布在焦面结构的边缘，其相对位置关系如虚线所示。
本申请的实施原理为：当焦面组件受热后，焦面组件带动变形杆1产生热变形，变形杆1的热变形包括其沿自身轴线方向的膨胀，变形杆1将热量传递给热膨胀系数更大的变形筒2，变形筒2产生同步膨胀，使得焦面热变形在变形杆1和变形筒2之间抵消掉，从而变形筒2的位置能够保持不动，从而焦面组件的热变形不会对镜头组件产生拉扯。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：包括多组连接件，每组连接件包括变形筒(2)、插设于变形筒(2)内的变形杆(1)，变形杆(1)与变形筒(2)螺纹连接；变形杆(1)的热膨胀系数小于变形筒(2)的热膨胀系数，变形杆(1)的长度大于变形筒(2)的长度；
焦面组件连接于变形杆(1)的一端，变形杆(1)均指向焦面组件中心，镜头组件连接于变形筒(2)。
2.根据权利要求1所述的一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：所述变形杆(1)和变形筒(2)的长度比与变形杆(1)和变形筒(2)的热膨胀系数比呈反比。
3.根据权利要求1所述的一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：所述变形杆(1)为钛合金材质，变形筒(2)为铝合金材质，变形杆(1)与变形筒(2)的长度比为2.4:1～2.6:1。
4.根据权利要求3所述的一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：所述变形杆(1)与变形筒(2)的长度比为2.5:1。
5.根据权利要求1所述的一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：沿着远离所述焦面组件中心的方向，变形筒(2)内依次设置有连通的第一腔室(23)和第二腔室(24)，第一腔室(23)的内径大于第二腔室(24)，第一腔室(23)和第二腔室(24)之间为第一交接面(25)，变形杆(1)沿着远离焦面组件中心的方向依次设置有第一连接段(12)和第二连接段(13)，第一连接段(12)和第二连接段(13)之间为第二交接面(14)，第一连接段(12)的外径大于第二连接段(13)的外径，第一交接面(25)与第二交接面(14)重合。
6.根据权利要求5所述的一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：所述第二连接段(13)设置有外螺纹，变形筒(2)的第二腔室(24)位置设置有内螺纹，外螺纹与内螺纹相配合。
7.根据权利要求6所述的一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：所述第二连接段(13)的外螺纹长度为第二连接段(13)的螺纹导程的5-8倍。
8.根据权利要求1所述的一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：所述变形杆(1)的一端设置有连接接口(11)，连接接口(11)用于连接焦面组件。
9.根据权利要求1所述的一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：所述变形筒(2)的外壁连接有连接耳(21)，连接耳(21)开设有连接孔(22)，连接孔(22)用于连接镜头组件。
10.根据权利要求1所述的一种焦面消热变形支撑结构，其特征在于：所述变形杆(1)与变形筒(2)连接完毕后封胶固化；连接件与焦面组件导热连接，连接件与镜头组件通过隔热元件隔热连接。
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