CN115980961A - 一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，属于航天光学遥感技术领域，本发明设置有圆形结构的反射镜本体、形成在所述反射镜本体正面的镜面、形成在所述反射镜本体背部的筋板式支撑结构和支撑锥孔：其中，所述筋板式支撑结构包括主筋和以所述支撑锥孔为中心周向包围在所述支撑锥孔外部的副筋和翻边筋板；所述主筋具有多组交叉设置的主筋板，每组所述主筋板均具有多个相互平行的主筋体，其中，所述支撑锥孔的圆心和所述反射镜本体中心孔的圆心均与所述主筋板交叉点重合，本发明即兼顾反射镜超高的机械、光学性能需求的同时，又能超低面密度、轻量化率高，具有自身刚性好，自重变形小，面形精度高的有益效果。

Description

一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构

技术领域

本发明涉及航天光学遥感技术领域，尤其涉及一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构。

背景技术

随着我国经济和航天技术的不断发展，为满足天文观察、灾害预警和军事勘探等的需要，对高分辨率大视场航天遥感相机的需求日渐迫切。提高遥感系统分辨率的主要途径是采用更大口径的空间反射镜，但同时反射镜的质量也会随之大大增加，这将会提高反射镜组件的装配和校准难度，空间相机的发射成本也会随之增大；

与筋板式支撑结构类似的大口径空间反射镜，如中国专利CN103207440B公开的《一种双向多拱形大口径空间反射镜》，参见图1所示，该反射镜主要包括反射镜镜面1和背部基体2，背部基体2中制作有开放型的轻量化孔3和支撑孔4，背部基体2为筋板式结构；在背部基体2中设置凹槽，背部基体2为由径向多拱形和环向多拱形组成的双向多拱形，目前，与这种筋板式支撑结构类似的大口径空间反射镜存在的缺点和不足是：

a)难以实现更高的轻量化率：为保证镜面的面形精度和镜体自身刚度，镜面和筋板厚度较大，导致质量增加，无法达到较低的面密度，国内1m口径以上的反射镜面密度基本在40kg/m²以上，轻量化程度难以得到进一步提升；

b)结构复杂，加工困难：上述专利中的筋板式轻量化空间反射镜为满足质量要求，对镜体结构进行了优化，导致镜体结构复杂，对加工提出了很高要求，提高了镜体的制造成本；

c)面形精度难以满足甚高分辨率载荷使用需求：现有米级口径空间反射镜的面形精度不能很好地满足甚高分辨率载荷的使用需求，为提升反射镜的面形精度，其轻量化率较低，导致轻量化率和光学性能难以兼顾。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，即兼顾反射镜超高的机械、光学性能需求的同时，又能超低面密度、轻量化率高，且该轻量化结构，不仅满足自身刚性，自重变形小，面形精度高，其面密度在米级口径被动支撑空间反射镜中也具备很大优势。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，包括：

圆形结构的反射镜本体、形成在所述反射镜本体正面的镜面、形成在所述反射镜本体背部的筋板式支撑结构和支撑锥孔：

所述筋板式支撑结构包括主筋和以所述支撑锥孔为中心周向包围在所述支撑锥孔外部的副筋和翻边筋板；

所述主筋具有多组交叉设置的主筋板，每组所述主筋板均具有多个相互平行的主筋体，其中，所述支撑锥孔的圆心和所述反射镜本体中心孔的圆心均与所述主筋板交叉点重合。

进一步的，所述主筋板包括三组，任意两组所述主筋板的所述主筋体之间夹角为120°。

进一步的，所述副筋的构造为六边形结构，每个六边形结构均以所述主筋板交叉点为中心，所述主筋板围成的每个三角形晶格中，所述副筋分布在三角形的三条中垂线上。

进一步的，所述副筋的高度小于所述主筋的高度。

进一步的，所述反射镜本体中心位置形成有中心圆环筋，所述主筋与所述中心圆环筋连接处位置形成有斜筋结构，所述主筋位于所述反射镜本体边缘位置形成有削边结构。

进一步的，多个所述支撑锥孔均匀分布在以光轴为中心的同一圆周上，每个所述支撑锥孔的中心轴线均与所述主筋板交汇线重合。

在上述技术方案中，本发明提供的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，有益效果：

本发明设置的适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，反射镜本体的正面为超薄镜面，镜面厚度优于同类型反射镜；反射镜本体背部主、副筋组合承力结构可增大镜体刚度，减小网格效应；反射镜本体的背面筋板式支撑结构得益于较薄的筋板厚度和合理的承力结构，该适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构不仅满足自身刚性，自重变形小，面形精度高，其面密度在米级口径被动支撑空间反射镜中也具备很大优势；

该适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构的质量仅为21kg，面密度小于25kg/m²，远优于其他米级口径筋板式被动支撑空间反射镜，轻量化率大于92％。重力作用下，空间反射镜具有超高面形精度，其RMS达到了1.55nm(0.0025λ)，远优于高精度镜面0.02λ(λ＝632.8nm)的面形要求，满足甚高分辨率反射镜使用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种双向多拱形大口径空间反射镜；

图2是本发明公开的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构整体结构示意图；

图3是本发明公开的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构的筋板式支撑结构局部放大图；

图4是本发明公开的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构主筋分组示意图。

附图标记说明：

1、反射镜本体；2、镜面；3、筋板式支撑结构；4、支撑锥孔；

31、主筋；311、主筋体；32、副筋；33、翻边筋板；34、中心圆环筋；35、边缘圆环筋。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图2、3所示；

发明一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，包括：

圆形结构的反射镜本体1、形成在所述反射镜本体1正面的镜面2、形成在反射镜本体1背部的筋板式支撑结构3和支撑锥孔4：其中，筋板式支撑结构3包括主筋31和以支撑锥孔4为中心周向包围在支撑锥孔4外部的副筋32和翻边筋板33；

主筋31具有多组交叉设置的主筋板，每组主筋板均具有多个相互平行的主筋体311，其中，支撑锥孔4的圆心和反射镜本体1中心孔的圆心均与主筋板交叉点重合。优选的，主筋板包括三组，任意两组主筋板的主筋体311之间夹角为120°。

具体的，参见图1所示，反射镜本体1的正面为超薄反射镜面2，背部为筋板式支撑结构3和支撑锥孔4，反射镜本体1整体背部形状为双拱形。

超薄反射镜面2由反应烧结碳化硅RB-SiC材料制成，镜面厚度小于2.5mm，在满足自身刚性和面形精度情况下减小镜面厚度，提高其轻量化程度，而且，反应烧结碳化硅RB-SiC材料具有较好的力学和热物理综合性能指标，比刚度大；

筋板式支撑结构3由主筋31、副筋32、翻边筋板33、中心圆环筋34和边缘圆环筋35组成；

主筋31由三组主筋板组成，每组主筋板包含五条相互平行的主筋体311，具体的如图4所示，“a”为第一组主筋板的五个主筋体311，“b”为第二组主筋板的五个主筋体311，“c”为第三组主筋板的五个主筋体311，任意两组主筋板的主筋体311之间夹角均为120°，该主筋31为轻量化结构的主要承力结构；

副筋32由多个高度远小于主筋31的副筋板组成，副筋板通过副筋板体围成了多个六边形结构的承力网格，该六边形结构的承力网格的中心以主筋31的主筋板交汇处为中心，在主筋板围成的每个三角形晶格中，副筋分布在三角形的三条中垂线上。该副筋32为轻量化结构的辅助承力结构，增加了对镜面的支撑刚度，减小了网格效应；

翻边筋板33，参见图3所示，支撑锥孔4顶端边缘位置形成有翻边筋板33，以及反射镜本体1中心孔和支撑锥孔4之间的主筋31设有翻边筋板33，翻边筋板33、主筋31和支撑锥孔4合围成半封闭三角形轻量化孔，提高了镜体的整体刚度；

中心圆环筋34和边缘圆环筋35以光轴为中心，分别分布在反射镜本体1中心和边缘，边缘圆环筋35的高度与副筋32高度相同，其中，中心圆环筋34、边缘圆环筋35与副筋32和主筋体311连接。

主筋31与中心圆环筋34连接处位置形成有斜筋结构，主筋31位于反射镜本体1边缘位置形成有削边结构。参见图3所示，该结构中主筋31在反射镜本体1边缘处进行了削边设计，削边是以圆锥面为基准进行的，也就是说主筋31位于边缘圆环筋35的一端较窄；

另外，在主筋31与中心圆环筋34交汇处，为符合力的传递路径，将此处主筋31改为斜筋；筋板式支撑结构3中所有类型加强筋厚度一致。

支撑锥孔4均匀分布在以光轴为中心的同一个圆周上，且每个支撑锥孔4的中心轴线均与主筋31交汇线重合。

具体的实施方式：

参见图2、图3所示，大口径超轻量化空间反射镜包括圆形反射镜本体1、反射镜面2、背部筋板式支撑结构3，背部数个主筋31和翻边筋板33合围成了多个半封闭三角形轻量化孔，采用多点支撑方式，六个支撑锥孔4均匀分布在同一个圆周上，反射镜本体1整体形状为双拱形。

如图2所示，反射镜本体1的直径D为1040mm，径厚比小于1:9，反射镜本体1的镜面为球面，镜面厚度t0小于2.5mm，支撑锥孔4所在圆周直径为D1，D1与镜体直径D的比值应满足0.68～0.70。

如图3所示，反射镜本体1背部的筋板式支撑结构3由主筋31、副筋32、翻边筋板33、中心圆环筋34和边缘圆环筋35组成；镜体背部所有类型筋板的厚度t1为3mm；主筋31由三组主筋板组成，每组主筋板包含多条相互平行的主筋体311，相互平行的相邻主筋体311间距相等，不同组的主筋体311之间所形成的的角度为120°；副筋32由多个高度远小于主筋31的副筋板组成，副筋32的副筋板围成了多个六边形结构的承力网格；翻边筋板33、主筋31和支撑锥孔4合围成半封闭三角形轻量化孔，提高了镜体的整体刚度；中心圆环筋34和边缘圆环筋35均以光轴为中心，六边形承力网格以主筋31的主筋板交汇点为中心；支撑锥孔4的轴线与主筋31的主筋板交汇点重合；主筋31在镜体边缘处进行了削边设计，削边是以圆锥面为基准进行的；在主筋31与中心圆环筋34交汇处，为符合力的传递路径，将此处主筋31改为斜筋；边缘圆环筋35的高度与副筋32相同。

在上述技术方案中，本发明提供的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构；

有益效果：

本发明设置的适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，反射镜本体的正面为超薄镜面，镜面厚度优于同类型反射镜；反射镜本体背部主、副筋组合承力结构可增大镜体刚度，减小网格效应；反射镜本体的背面筋板式支撑结构得益于较薄的筋板厚度和合理的承力结构，该适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构不仅满足自身刚性，自重变形小，面形精度高，其面密度在米级口径被动支撑空间反射镜中也具备很大优势；

该适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构的质量仅为21kg，面密度小于25kg/m²，远优于其他米级口径筋板式被动支撑空间反射镜，轻量化率大于92％。重力作用下，空间反射镜具有超高面形精度，其RMS达到了1.55nm(0.0025λ)，远优于高精度镜面0.02λ(λ＝632.8nm)的面形要求，满足甚高分辨率反射镜使用要求。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (6)

1.一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，包括：

圆形结构的反射镜本体(1)、形成在所述反射镜本体(1)正面的镜面(2)、形成在所述反射镜本体(1)背部的筋板式支撑结构(3)和支撑锥孔(4)，其特征在于：

所述筋板式支撑结构(3)包括主筋(31)和以所述支撑锥孔(4)为中心周向包围在所述支撑锥孔(4)外部的副筋(32)和翻边筋板(33)；

所述主筋(31)具有多组交叉设置的主筋板，每组所述主筋板均具有多个相互平行的主筋体(311)，其中，所述支撑锥孔(4)的圆心和所述反射镜本体(1)中心孔的圆心均与所述主筋板交叉点重合。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，其特征在于；

所述主筋板包括三组，任意两组所述主筋板的所述主筋体(311)之间夹角为120°。

3.根据权利要求1所述的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，其特征在于；

所述副筋(32)的构造为六边形结构，每个六边形结构均以所述主筋板交叉点为中心，所述主筋板围成的每个三角形晶格中，所述副筋分布在三角形的三条中垂线上。

4.根据权利要求3所述的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，其特征在于；

所述副筋(32)的高度小于所述主筋(31)的高度。

5.根据权利要求4所述的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，其特征在于；

所述反射镜本体(1)中心位置形成有中心圆环筋(34)，所述主筋(31)与所述中心圆环筋(34)连接处位置形成有斜筋结构，所述主筋(31)位于所述反射镜本体(1)边缘位置形成有削边结构。

6.根据权利要求1所述的一种适用于大口径超薄超轻空间相机反射镜的轻量化结构，其特征在于；

多个所述支撑锥孔(4)均匀分布在以光轴为中心的同一圆周上，每个所述支撑锥孔(4)的中心轴线均与所述主筋板交汇线重合。

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