本發(fā)明涉及一種支撐結構，屬于航天光學遙感器技術領域。

背景技術：

隨著航天光學遙感器技術的迅速發(fā)展，對光學遙感器更高分辨力的追求也對空間光學系統(tǒng)結構剛度和尺寸精度提出了越來越高的要求。次反射鏡是大多數(shù)空間光學遙感系統(tǒng)的關鍵光學部件之一。次反射鏡的支撐結構和方法起著保證鏡面面形和鏡間距離的作用，從而直接影響著光學系統(tǒng)的成像質量。傳統(tǒng)的次鏡支撐方式由三桿支架來支撐。隨著主鏡口徑的越來越大和長焦距光學系統(tǒng)的采用，傳統(tǒng)的單桿支架設計會變得更長更粗，不但導致組件重量越來越大，而且對主反射鏡的入射光線會造成更大的遮攔。更重要的是，桿的長度越大，產(chǎn)生的重力變形越大，給光學系統(tǒng)裝調和成像質量帶來極其不利的影響。因此，輕質高穩(wěn)定的次鏡支撐結構和方法是空間光學相機研制中的一個難點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種分段式次鏡高穩(wěn)定性支撐結構，解決大口徑長焦距光學系統(tǒng)中的傳統(tǒng)三桿支撐技術重量大、重力變形大的問題，穩(wěn)定性、可靠性高。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種分段式次鏡高穩(wěn)定性支撐結構，包括第一前鏡筒、第二前鏡筒和次鏡支撐組件；次鏡支撐組件包括輻板組件、次鏡框；每組輻板組件包括輻板、輻板基座；輻板一端與輻板基座連接，另一端與次鏡框連接且圓形的次鏡框相切；各輻板基座分別固定安裝在第二前鏡筒一端，第二前鏡筒另一端與第一前鏡筒連接。

所述第一前鏡筒為錐臺形，大端通過端部法蘭與外部設備相連，小端與第二前鏡筒相連。

所述第二前鏡筒為圓筒形，通過端部法蘭與各輻板基座固定連接。

所述輻板基座包括固定端和運動端；固定端與第二前鏡筒端部法蘭相連接；運動端為長方形板件，運動端兩側分別與固定端、輻板連接；運動端上開有兩道卸載槽，兩道卸載槽相互平行且平行于輻板與運動端相連的邊；兩道卸載槽開口位置分別位于運動端的兩條對邊上。

所述輻板組件有三組，輻板與次鏡框切點位置在次鏡框上沿周向均勻分布。

所述次鏡支撐組件還包括用于限定次鏡的位置的限位塊，限位塊安裝在次鏡框上。

所述輻板為三層夾心結構，包括芯板、加強板、蒙皮，中間層為芯板，芯板兩側為加強板，蒙皮包裹加強板及芯板，中間層芯板材料為殷鋼并加注阻尼橡膠。

所述第一前鏡筒或第一前鏡筒端部的法蘭的材料為c/sic復合材料。

所述第二前鏡筒或第二前鏡筒端部法蘭的材料為c/sic復合材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明能夠給次反射鏡提供精確穩(wěn)定的支撐，大幅度減輕重量，從而為光學系統(tǒng)的成像質量提供保障。

(2)本發(fā)明通過增加鏡筒結構，大幅度縮短了支撐結構的長度，避免了細長支撐桿的大懸臂受力狀態(tài)。鏡筒結構選用輕質高比剛度的樹脂基復合材料，大幅減輕結構重量。

(3)本發(fā)明的輻板切向安裝，輻板產(chǎn)生熱應力時通過次鏡及次鏡框的旋轉降低自身剛體位移，保證了次鏡的位置精度，且輻板為三層夾心結構，中間層芯板進行輕量化設計，并加注阻尼橡膠，具有低線膨脹系數(shù)的優(yōu)勢，與微晶材料熱匹配性好，能夠有效提高熱環(huán)境適應能力。

(4)本發(fā)明輻板基座設計卸載槽，提高卸載槽的柔性可以增加振動時輻板與輻板座的相對運動速度，增強輻板座內阻尼橡膠的效果，減小了次鏡的振幅放大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的支撐結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的輻板切向安裝示意圖；

圖3為本發(fā)明的輻板座的卸載結構示意圖；

圖4為本發(fā)明的剛性支撐形式正弦響應曲線示意圖；

圖5為本發(fā)明的柔性輻板支撐形式正弦響應曲線示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種分段式次鏡高穩(wěn)定性支撐結構，包括第一前鏡筒1、第二前鏡筒2和次鏡支撐組件3。

第一前鏡筒1和第二前鏡筒2是安裝在主次鏡之間，用于支撐次鏡組件的承力鏡筒。第一前鏡筒1為錐臺形，第二前鏡筒2為圓筒形；第一前鏡筒1大端的端部法蘭通過螺釘安裝在前承力框上，小端與第二前鏡筒2一端連接；第二前鏡筒2另一端端部法蘭與次鏡支撐組件3中的三組柔性輻板10相連接用于支撐次鏡組件。由于c/sic復合材料的比剛度較高，因此選用c/sic復合材料作為第一前鏡筒1和第二前鏡筒2的材料；第一前鏡筒1端部法蘭、第二前鏡筒2端部法蘭采用c/sic復合材料，再與前鏡筒筒體進行相對位置調整以達到次鏡鏡間距、傾斜、偏心需求，第一前鏡筒1與第二前鏡筒2依靠配制墊片實現(xiàn)圓周均布6組共12點連接，滿足次鏡光學裝調軸向調整量的需求。

如圖2所示，次鏡支撐組件3選用全殷鋼結構進行設計，包括三組輻板組件4、次鏡框5及限位塊6，次鏡選用微晶材料進行次鏡結構設計，結構形式為蘑菇頭形式，相應的采用次鏡配重以矯正次鏡組件狀態(tài)的傾斜量。次鏡支撐組件3支撐方式為柔性切向支撐形式，減小熱應力對次鏡的剛體位移影響，提高次鏡組件力學環(huán)境適應性，減小次鏡在振動條件下的振幅放大。

如圖3所示，每組輻板組件4包括輻板10、輻板基座，輻板基座包括固定端7和運動端8，運動端8為長方形板件，其中固定端7通過螺釘與第二前鏡筒2端部法蘭相連接，運動端8兩側分別與固定端7、輻板10連接；運動端8上開有兩道卸載槽9，兩道卸載槽9相互平行且平行于輻板10與運動端8相連的邊，兩道卸載槽9開口位置分別位于運動端8的對邊上；振動時輻板10與卸載槽9中遠離輻板10的一道溝槽產(chǎn)生相對運動。輻板10與次鏡框5相切，切點位置在次鏡框5上均勻分布；限位塊6安裝在次鏡框5上，用于限定次鏡的位置。

經(jīng)仿真分析計算，組件支撐剛度，反射鏡面形及位置穩(wěn)定性均比傳統(tǒng)單純三桿支撐方式有較大提高，可以滿足空間光學遙感系統(tǒng)的性能要求。

本發(fā)明為了保證次鏡位置的穩(wěn)定性，采用了輻板切向安裝的方式，輻板10產(chǎn)生熱應力時可以通過次鏡及次鏡框5的旋轉降低自身剛體位移，從而保證次鏡的位置精度。為了減輕重量，在選材上選用殷鋼材料，輻板10為三層夾心結構，包括芯板、加強板、蒙皮，中間層為芯板，芯板兩側為加強板，蒙皮包裹加強板及芯板，芯板、加強板、蒙皮通過鉚接連接形成輻板10，中間層芯板進行輕量化設計，并加注阻尼橡膠，與常用的支撐桿材料相比，殷鋼材料具有低線膨脹系數(shù)的優(yōu)勢，與微晶材料熱匹配性好，能夠有效提高熱環(huán)境適應能力。在支撐結構方面，本發(fā)明采用三層夾心結構輻板10柔性支撐方式取代簡單的單桿支架。輻板基座設計卸載槽9，提高卸載槽9的柔性可以增加振動時輻板10與輻板基座的相對運動速度，增強輻板10內阻尼橡膠的效果，但是同時會降低支撐結構的剛度。通過對卸載槽9的相關尺寸(槽寬、槽深、槽間距等參數(shù))進行優(yōu)化設計和有限元仿真分析，在提高卸載槽9的柔性的同時，保證了結構的剛度滿足要求，在本發(fā)明中，卸載槽9的槽寬為1mm、槽深為5mm、槽間距為12mm。與支撐桿相比，柔性輻板減小了熱應力對次鏡的剛體位移影響，提高了次鏡組件力學環(huán)境適應性，同時減小了次鏡在振動條件下的振幅放大。

如圖4為剛性支撐形式的正弦響應分析曲線，其在一階共振頻率為100hz，共振頻率處振幅放大倍數(shù)約為114倍。

如圖5為柔性輻板支撐形式的正弦響應分析曲線，其在一階共振頻率為107.15hz，共振頻率處振幅放大倍數(shù)約為12.2倍。對比圖4和圖5可知，與剛性支撐形式相比，柔性支撐的特點在于利用柔性結構形式增加相對運動幅度和速度，提高阻尼橡膠的作用效果，從而在保證基頻要求的前提下保持了減小了次鏡位置的振幅放大。

本發(fā)明未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知技術。