CN216979341U - 基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构。解决传统铝合金反射镜因背部开放式结构导致的刚度偏低，轻量化率低等问题。包括反射镜前面板、反射镜背板及加强筋结构；反射镜前面板、加强筋结构和反射镜背板采用增材制造技术整体打印成型；加强筋结构包括上下两层加强筋单元；上层加强筋单元的上端面固定在反射镜前面板底面，上层加强筋单元的下端面位于反射镜前面板和反射镜背板之间；下层加强筋单元的上端面固定在反射镜前面板底面，下层加强筋单元的下端面固定在反射镜背板上；上层加强筋单元中加强筋密度大于下层加强筋单元中加强筋的密度；反射镜背板为半封闭结构，其上开设多组轻量化孔。
Description
技术领域
本实用新型属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构。
背景技术
随着空间对地观测技术的快速发展，反射镜作为高分辨率空间光学遥感器的核心元件，其面形精度直接影响光学系统的成像质量。高轻量化设计可大幅减小反射镜重量，从而降低发射成本；高刚度设计有利于反射镜获得高的面形精度，同时保证在运载发射过程中，反射镜具有足够高的基频；高稳定设计则降低了反射镜对外界应力、湿热环境的敏感性，提高反射镜在轨工况下的面形精度。
常用的空间反射镜材料有铍材、铝合金、微晶玻璃、石英、超低膨胀融石英(ULE)和碳化硅(SiC)等。铝合金反射镜比刚度较高，机械加工性能优异，与其他材料反射镜相比，在加工成本和周期方面有一定优势，因此得以广泛应用，特别是在红外光学方面。传统铝合金反射镜采用机械加工成型(如图1)，受其加工工艺限制，导致铝合金反射镜存在以下问题：若采用传统车铣等加工工艺，背部为开放式结构，而铝合金材料本身弹性模量较低，因此当反射镜口径增大时，整体结构刚度难以大幅提升。反射镜背部为开放式结构，为保证反射镜整镜刚度，加强筋厚度一般较大，这不利于反射镜轻量化率的提高。另外，传统加工工艺成形效率较低。
发明内容
为了解决传统铝合金反射镜因背部开放式结构导致的刚度偏低，轻量化率低等问题。本实用新型提出了一种双蜂窝反射镜结构，该反射镜采用增材制造技术成型，针对反射镜不同位置的刚度需求进行对应设计，确保反射镜整镜具有较大的比刚度以及较高的轻量化率，从而平衡了刚度、轻量化率与加工性能之间的矛盾。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构，其特征在于：包括反射镜前面板、反射镜背板及位于反射镜前面板和反射镜背板之间的加强筋结构；
所述反射镜前面板、加强筋结构和反射镜背板一体设置，并采用增材制造技术整体打印成型；
所述反射镜前面板顶面为反射面；
所述加强筋结构包括上下两层加强筋单元；上层加强筋单元的上端面固定在反射镜前面板底面，上层加强筋单元的下端面位于反射镜前面板和反射镜背板之间；下层加强筋单元的上端面固定在反射镜前面板底面，下层加强筋单元的下端面固定在反射镜背板上；上层加强筋单元中加强筋密度大于下层加强筋单元中加强筋的密度；
所述反射镜背板为半封闭结构，其上开设多组轻量化孔。
进一步地，加强筋单元为加强筋构成的蜂窝结构。
进一步地，所述加强筋为轻量化筋，蜂窝结构为三角形蜂窝结构，上层蜂窝结构中三角形内接圆半径较小，加强筋密度相对较大；而下层蜂窝结构中三角形内接圆半径较大，加强筋密度相对较小。
进一步地，所述反射镜前面板顶面形状根据光学反射面曲面方程确定。
进一步地，针对口径为500mm的反射镜主体结构，反射镜面板的最小厚度尺寸不小于6mm，以保证面板本身具有足够高的刚度；上层蜂窝结构中加强筋的厚度为3mm，下层蜂窝结构中加强筋的厚度为5mm。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型基于增材制造技术的双蜂窝反射镜，反射镜采用增材制造技术整体打印成型。与现有铝合金反射镜相比，有如下优势：
1)得益于增材制造技术，反射镜背部可采用半封闭式结构，增加了反射镜的整体刚度，提高了材料的利用率。
2)反射镜内部加强筋为双蜂窝结构，确保接近反射镜前面板处有更高的结构刚度，远离镜面的位置加强筋密度则相对较小，上述轻量化方式在保证反射镜刚度足够的情况下，可以获得更高的轻量化率。
3)与传统机械加工方法相比，增材制造技术成形效率高，且不受筋厚和刀具加工半径的限制，可根据实际支撑位置，局部加密加强筋，来改善组件整体性能。
附图说明
图1为传统铝合金反射镜三维结构；
图2为基于增材制造技术的双蜂窝反射镜的三维图；
图3为基于增材制造技术的双蜂窝反射镜的旋转剖视图；
图4为基于增材制造技术的双蜂窝反射镜的A-A剖视图；
图5为基于增材制造技术的双蜂窝反射镜的B-B剖视图；
图中附图标记为：1-反射镜前面板，2-加强筋，3-反射镜背板，101-反射镜前面板顶面，102-反射镜前面板底面，201-上层蜂窝，202-下层蜂窝，301-反射镜背部翻边，302-轻量化孔。
具体实施方式
本实用新型的构思为：
本实用新型提出一种双蜂窝反射镜结构，采用增材制造技术加工，反射镜背板为半封闭结构，增加了反射镜的整体刚度。反射镜内部加强筋为双蜂窝结构，确保接近反射镜前面板处有更高的刚度，远离镜面的位置加强筋密度则相对较小，上述轻量化方法在保证反射镜刚度足够的情况下，可以获取更高的轻量化率。该设计思路平衡了反射镜结构刚度、轻量化率与加工性能之间的矛盾。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都应当属于本实用新型的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在其他实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语中的“底面、顶面、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
实施例
如图2所示，本实施例基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构，包括反射镜前面板1、加强筋结构2及反射镜背板3；反射镜前面板1和反射镜背板3相互扣合形成内部具有空腔的反射镜主体结构，加强筋结构2位于反射镜主体结构的空腔内；反射镜前面板1、加强筋结构2和反射镜背板3一体设置，并采用增材制造技术整体打印成型。
从图3可以看出，本实施例加强筋结构包括上下两层蜂窝结构，上层蜂窝结构201的上端面固定在反射镜前面板底面102，下端面位于反射镜前面板1和反射镜背板3之间；下层蜂窝结构202的上端面固定在反射镜前面板底面102，下端面固定在反射镜背板3上。从图4及图5可以看出，本实施例蜂窝结构骨架均采用三角形轻量化筋结构，轻量化筋的厚度、内接圆直径等结构参数均以反射镜获得最大结构刚度为目标进行设计。针对口径为500mm的反射镜主体结构，优化后的上层蜂窝结构中三角形轻量化筋结构的内接圆直径为40mm，轻量化筋的厚度为3mm，下层蜂窝结构202中三角形轻量化筋结构的内接圆直径为80mm，轻量化筋的厚度为5mm。通过对比图4和图5，可以明显看出，上层蜂窝结构201中轻量化筋的相对密度较大，可以确保靠近反射镜前面板处有更高的刚度，下层蜂窝结构202中轻量化筋的密度相对较小，提高轻量化率。在其他实施例中，加强筋结构可以采用其他结构形式，如可以采用上下两层的六边形结构形式的蜂窝骨架，只要确保靠近反射镜前面板处加强筋的密度较大，保证刚度需求，远离反射镜前面板的位置加强筋密度相对较小，保证轻量化需求即可。
如图3所示，针对口径为500mm的反射镜主体结构，反射镜前面板1的最小厚度尺寸不小于6mm，以保证面板本身具有足够的刚度。反射镜前面板顶面101为反射面，其形状根据光学反射面曲面方程确定。结合图2、图3和图4可以看出，本实施例反射镜背板为半封闭结构，其上开设多组轻量化孔。
Claims (5)
1.一种基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构，其特征在于：包括反射镜前面板、反射镜背板及位于反射镜前面板和反射镜背板之间的加强筋结构；
所述反射镜前面板、加强筋结构和反射镜背板一体设置，并采用增材制造技术整体打印成型；
所述反射镜前面板顶面为反射面；
所述加强筋结构包括上下两层加强筋单元；上层加强筋单元的上端面固定在反射镜前面板底面，上层加强筋单元的下端面位于反射镜前面板和反射镜背板之间；下层加强筋单元的上端面固定在反射镜前面板底面，下层加强筋单元的下端面固定在反射镜背板上；上层加强筋单元中加强筋密度大于下层加强筋单元中加强筋的密度；
所述反射镜背板为半封闭结构，其上开设多组轻量化孔。
2.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构，其特征在于：加强筋单元为加强筋构成的蜂窝结构。
3.根据权利要求2所述的基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构，其特征在于：所述加强筋为轻量化筋，蜂窝结构为三角形蜂窝结构，上层蜂窝结构中三角形内接圆半径较小，加强筋密度相对较大；下层蜂窝结构中三角形内接圆半径较大，加强筋密度相对较小。
4.根据权利要求3所述的基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构，其特征在于：所述反射镜前面板顶面形状根据光学反射面曲面方程确定。
5.根据权利要求4所述的基于增材制造技术的双蜂窝反射镜结构，其特征在于：针对口径为500mm的反射镜主体结构，反射镜面板的最小厚度尺寸不小于6mm；上层蜂窝结构中加强筋的厚度为3mm，下层蜂窝结构中加强筋的厚度为5mm。
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