CN115981108A - 一种望远系统主镜径向被动消热差结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种望远系统主镜径向被动消热差结构，望远筒大口径主镜安装采用被动消热差结构设计，环境温度变化安装零件温度膨胀对主镜面型几乎无影响。该结构包括支撑零件、主镜支撑座、膨胀杆、主镜背板、背部支撑、主镜和侧支撑，每处膨胀杆的一端与主镜支撑座连接，另一端与主镜背板连接。本发明利用了高膨胀膨胀杆的线膨胀系数比主镜支撑座膨胀系数高的特点，通过合理设计结构，发明了具有零膨胀特性的消热支撑结构，实现了望远镜主镜的径向被动消热差结构设计。
Description
技术领域
本发明属于大口径的光电设备技术领域，具体涉及一种望远系统主镜径向被动消热差结构。
背景技术
在现代大口径望远光学系统中主镜口径大，主镜材料一般为低膨胀材料(如常用熔石英，膨胀系数为1.5×10-6)，大口径主镜温度应力导致的面型变化值一般只允许在几十纳米。由于大口径主镜要经过复杂而精密的机械结构最终安装到承力零件上，而承力零件材料一般为钛合金或者碳钢(膨胀系数为8.5～10×10-6)，承力零件与主镜热膨胀系数有较大差异，环境温度变化较大时会导致主镜面型超差。
为保证大口径主镜能在各种温度环境上使用，常规做法是：1.采取严格的温度控制措施；2.结构材料全选用热膨胀系数与主镜接近的锻造因瓦合金或者其他零膨胀材料。严格的温度控制措施不适合船载，车载等户外环境，采用因瓦合金或者其他零膨胀材料也有成本高，材料加工性等约束。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提供了一种望远系统主镜径向被动消热差结构，解决了现有补偿主镜面型超差方式应用场景局限或成本高的问题。
本发明通过使用两种不同热膨胀系数材料进行结构设计，能在温度变化时，满足主镜装配和使用过程中高面型精度的要求，同时绝大部分材料为低成本比刚度高的材料，只使用少量的高膨胀材料。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种望远系统主镜径向被动消热差结构，包括主镜，主镜安装在主镜背板上，主镜背板与膨胀杆的内端连接，膨胀杆的外端与主镜支撑座连接，膨胀杆的轴线通过主镜的圆心；
主镜和主镜背板为低膨胀材料，设定主镜支撑座安装孔到主镜圆心距离为L0，膨胀杆两端安装孔距离为L1，主镜背板安装孔到主镜圆心距离为L2，温度变化为Δt；
径向消热设计需要满足：ΔL0＝ΔL1+ΔL2；
其中ΔL0＝L0·α0·Δt，ΔL1＝L1·α1·Δt，ΔL2＝L2·α2·Δt；
则α1＝(L0·α0-L2·α2)/L1；式中，α0为主镜支撑座材料的线膨胀系数，α2为主镜背板材料的线膨胀系数，α1则为膨胀杆的线膨胀系数。
进一步的，所述的主镜支撑座为铝、碳钢或钛合金材料，主镜背板为因瓦合金材料。
进一步的，所述的主镜和主镜背板为膨胀系数相同的低膨胀材料。
进一步的，所述的主镜通过whiffle-tree结构安装在主镜背板上。
进一步的，所述的主镜通过背部支撑、侧支撑安装在主镜背板上。
进一步的，所述的主镜支撑座安装在支撑零件上。
进一步的，所述的膨胀杆包括沿主镜背板周向均匀分布的若干根。
本发明的有益效果：使用高和低膨胀材料通过合理结构设计，巧妙保证主镜面型精度，实现成本低，具有重大经济价值。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
附图说明
图1是本发明的结构轴测图。
图2是本发明的结构主视图。
图3是本发明的结构放大图。
图中：1-支撑零件，2-主镜支撑座，3-膨胀杆，4-主镜背板，5-背部支撑，6-主镜，7-侧支撑。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
实施例1：
参考图1～图3所示，一种望远系统主镜径向被动消热差结构，包括支撑零件1、主镜支撑座2、膨胀杆3、主镜背板4、背部支撑5、主镜6和侧支撑7。
主镜6通过传统的whiffle-tree结构安装在主镜背板4上，主镜背板4与膨胀杆3的内端连接，膨胀杆3的外端与主镜支撑座2连接，并膨胀杆3的轴线通过主镜6的圆心。
膨胀杆3包括沿主镜背板4周向均匀分布的若干根，实现对主镜背板4的多方位的支持。主镜支撑座2安装在支撑零件1上。
主镜支撑座2为铝、碳钢、钛合金材料，主镜背板4为因瓦合金材料，主镜6和主镜背板4为膨胀系数相同的低膨胀材料。利用主镜背板4上的背部支撑5、侧支撑7安装固定主镜6，实现主镜6无应力装配在主镜背板4上。
主镜6和主镜背板4为低膨胀材料，设定主镜支撑座2安装孔到主镜圆心距离为L0，膨胀杆3两端安装孔距离为L1，主镜背板4安装孔到主镜圆心距离为L2，温度变化为Δt；
径向消热设计需要满足：ΔL0＝ΔL1+ΔL2；
其中ΔL0＝L0·α0·Δt，ΔL1＝L1·α1·Δt，ΔL2＝L2·α2·Δt；
则α1＝L0·α0-L2·α2/L1；式中，α0为主镜支撑座材料的线膨胀系数，α2为主镜背板材料的线膨胀系数，α1则为膨胀杆的线膨胀系数。
主镜背板4几乎零膨胀，主镜支撑座2向外膨胀，产生膨胀位移△1，膨胀杆3向内膨胀，产生位移△2，因△1＝△2，主镜背板4不会受到主镜支撑座2膨胀的影响，而主镜背板4材料膨胀系数与主镜6相同，因此们保证主镜面型。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种望远系统主镜径向被动消热差结构，包括主镜(6)，主镜(6)安装在主镜背板(4)上，其特征在于：所述的主镜背板(4)与膨胀杆(3)的内端连接，膨胀杆(3)的外端与主镜支撑座(2)连接，膨胀杆(3)的轴线通过主镜(6)的圆心；
主镜(6)和主镜背板(4)为低膨胀材料，设定主镜支撑座(2)安装孔到主镜圆心距离为L0，膨胀杆(3)两端安装孔距离为L1，主镜背板(4)安装孔到主镜圆心距离为L2，温度变化为Δt；
径向消热设计需要满足：ΔL0＝ΔL1+ΔL2；
其中ΔL0＝L0·α0·Δt，ΔL1＝L1·α1·Δt，ΔL2＝L2·α2·Δt；
则α1＝(L0·α0-L2·α2)/L1；式中，α0为主镜支撑座材料的线膨胀系数，
α2为主镜背板材料的线膨胀系数，α1则为膨胀杆的线膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的望远系统主镜径向被动消热差结构，其特征在于：所述的主镜支撑座(2)为铝、碳钢或钛合金材料，主镜背板(4)为因瓦合金材料。
3.根据权利要求1或2所述的望远系统主镜径向被动消热差结构，其特征在于：所述的主镜(6)和主镜背板(4)为膨胀系数相同的低膨胀材料。
4.根据权利要求1所述的望远系统主镜径向被动消热差结构，其特征在于：所述的主镜(6)通过whiffle-tree结构安装在主镜背板(4)上。
5.根据权利要求1或4所述的望远系统主镜径向被动消热差结构，其特征在于：所述的主镜(6)通过背部支撑(5)、侧支撑(7)安装在主镜背板(4)上。
6.根据权利要求1所述的望远系统主镜径向被动消热差结构，其特征在于：所述的主镜支撑座(2)安装在支撑零件(1)上。
7.根据权利要求1或6所述的望远系统主镜径向被动消热差结构，其特征在于：所述的膨胀杆(3)包括沿主镜背板(4)周向均匀分布的若干根。
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| CN202211652379.5A CN115981108A (zh) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | 一种望远系统主镜径向被动消热差结构 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117724218A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种热稳定相机结构 |
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2022
- 2022-12-22 CN CN202211652379.5A patent/CN115981108A/zh active Pending
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| CN117724218A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种热稳定相机结构 |
| CN117724218B (zh) * | 2024-02-18 | 2024-04-26 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种热稳定相机结构 |
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