同轴系统的次镜支撑结构的制作方法

1.本发明涉及空间光学技术领域，特别涉及一种同轴系统的次镜支撑结构。


背景技术：

2.目前航天相机一般设计成反射式光学系统结构，因反射式光学系统可以实现较大的系统口径，从而获得较长的焦距和较高的分辨率。反射式光学系统一般包括离轴反射系统和同轴反射系统，同轴反射系统由于其结构形式简单，因此被广泛应用；同轴反射系统中，次镜一般设计在系统的最前端，并且在入光口的中间位置，其支撑结构大多采用辐板支撑形式，即采用沿圆周均布的三根或四根辐板将次镜固定在入光口的中间位置；四辐板支撑结构相对三辐板结构支撑刚度明显提高，但由于四周通过四个位置点进行固定，系统中的残余装配及热应力更容易传递至次镜导致位置变化，因此四辐板支撑结构对次镜支撑的稳定性较差。
3.对于大口径的同轴光学系统，采用三辐板或四辐板的次镜支撑结构，都会产生一个共同的缺陷，即随着辐板长度增加，次镜支撑结构组件绕次镜的旋转刚度会变得越来越低，最终该旋转刚度会限制次镜支撑结构组件的一阶频率无法提高；采用将辐板加厚的方案可以提高整个组件的旋转刚度，但辐板厚度的增加会增大系统遮拦比，使系统收集能量降低，而且通过增加辐板厚度提高其旋转刚度的效率不是很高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种同轴系统的次镜支撑结构。
5.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
6.本发明提出的一种同轴系统的次镜支撑结构，包括：前框、均布安装在前框上的三个固定座、置于前框的形心位置的中心框、安装在中心框和三个固定座之间用于支撑中心框的辐板组；
7.辐板组与中心框成三角星形布置；辐板组由多个辐板组成；中心框的形心和前框的形心重合。
8.优选地，每个固定座上设有两个夹角成β角用于安装辐板的凹槽。
9.优选地，中心框为三角形结构；中心框的三个角的位置上分别设有两个夹角成α角用于安装辐板的凹槽；α角比β角大120度。
10.优选地，前框为圆环形结构。
11.优选地，在每个固定座的一个凹槽上，设有至少10个用于安装辐板的螺纹孔；在每个固定座的一个凹槽的上下两端，分别设有至少一个用于限位辐板的销孔。
12.优选地，在中心框的每个凹槽上，设有至少6个用于安装辐板的螺纹孔；在中心框的每个凹槽的上下两端，分别设有至少一个用于限位辐板的销孔。
13.优选地，中心框上设有用于和次镜连接的次镜安装接口。
14.优选地，辐板组由六个辐板组成，其中两个辐板为一对；组成一对的两个辐板的一端分别安装在同一个固定座的两个凹槽内，组成一对的两个辐板的另一端分别安装在中心框的两个角上的凹槽内；
15.在辐板上靠近中心框的一端设有和中心框凹槽上的螺纹孔和销孔相对应的通孔；在辐板上靠近固定座的一端设有和固定座凹槽上的螺纹孔和销孔相对应的通孔；
16.从辐板上靠近中心框的一端到辐板上靠近固定座的一端，辐板的宽度依次递减。
17.优选地，辐板为厚度均匀的薄平板结构，辐板的材料的比刚度不小于2*107n
·
m/kg，抗拉强度不小于800mpa。
18.本发明能够取得以下技术效果：
19.本发明提出的同轴系统的次镜支撑结构提高了次镜支撑组件的旋转刚度，提高了大口径相机次镜支撑组件的一阶频率；本发明增加了辐板的数量，因此提高了次镜支撑组件的轴向刚度和径向刚度，同时因为辐板呈三角星形布置方式，且辐板为薄板结构，所以没有明显增加光学系统的遮拦比，并且本发明为在圆周上均布三个支撑点的固定结构，保证了次镜支撑组件具有较高的稳定性。
附图说明
20.图1是根据本发明实施例的同轴系统的次镜支撑结构的整体结构示意图；
21.图2是根据本发明实施例的固定座的结构示意图；
22.图3是根据本发明实施例的辐板的结构示意图；
23.图4是根据本发明实施例的中心框的结构示意图；
24.图5是根据本发明实施例的辐板安装在中心框上的α角和固定座上的β角的角度示意图；
25.图6是根据本发明实施例的固定座与前框的连接的局部放大视图。
26.其中的附图标记包括：前框1、固定座2、凹槽201、螺纹孔202、销孔203、辐板3、靠近中心框的一端301、靠近固定座的一端302、中心框4、凹槽401、销孔402、次镜安装接口403。
具体实施方式
27.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
29.下面结合图1至图6对本发明的具体工作方式进行详细说明：
30.本发明提出的同轴系统的次镜支撑结构，包括：前框1、均布安装在前框1上的三个固定座2、置于前框1的形心位置的中心框4、安装在中心框4和三个固定座2之间用于支撑中心框4的辐板组；
31.如图1所示，前框1为圆环形结构。前框1用于辐板3的外圆周固定。在本发明的一个实施例中，前框1通过与圆筒形机身镶嵌连接，来固定整个次镜支撑结构。
32.如图1和图2所示，每个固定座2上设有两个夹角成β角用于安装辐板3的凹槽201。在每个固定座2的一个凹槽201上，设有至少10个用于安装辐板3的螺纹孔202；在每个固定座2的一个凹槽201的上下两端，分别设有至少一个用于限位辐板的销孔203。
33.如图6所示，在本发明的一个实施例中，每个固定座2和前框1通过螺纹连接固定；每个固定座2的一个凹槽201上，设有10个用于安装辐板3的螺纹孔202；每个固定座2的一个凹槽201的上下两端，分别设有一个用于限位辐板的销孔203。
34.如图1所示，辐板组由六个辐板3组成，其中两个辐板3为一对；组成一对的两个辐板3的一端分别安装在同一个固定座2的两个凹槽201内，组成一对的两个辐板3的另一端分别安装在中心框4的两个角上的凹槽401内；辐板组与中心框4成三角星形布置。
35.如图3所示，在辐板3上靠近中心框4的一端301设有和中心框凹槽401上的螺纹孔和销孔402相对应的通孔；在辐板3上靠近固定座2的一端302设有和固定座凹槽201上的螺纹孔202和销孔203相对应的通孔；每个辐板3与固定座2连接后，通过销钉将辐板3限位在固定座2上，防止经过恶劣的力学环境后，辐板3和固定座2发生微量错位，影响次镜的位置精度。
36.如图3所示，从辐板3上靠近中心框4的一端301到辐板3上靠近固定座2的一端302，辐板3的宽度依次递减。
37.如图3所示，辐板3为厚度均匀的薄平板结构，辐板3为高比刚度和高强度的金属或非金属材料。辐板3的材料的比刚度不小于2*107n
·
m/kg，抗拉强度不小于800mpa。在本发明的一个实施例中，辐板3采用钛合金或碳纤维材料。
38.在本发明的一个实施例中，辐板3靠近中心框4的一端301通过六个m5的螺钉和两个销钉与中心框4固定连接；辐板3靠近固定座2的一端302通过十个m5的螺钉和两个销钉与固定座2固定连接。
39.如图1所示，中心框4的形心和前框1的形心重合。如图4所示，中心框4上设有用于和次镜连接的次镜安装接口403；中心框4为三角形结构；中心框4的三个角的位置上分别设有两个夹角成α角用于安装辐板的凹槽401；如图5所示，α角比β角大120度；按照α角和β角的角度关系安装辐板3，保证了次镜支撑组件的整体刚度和稳定性。
40.如图4所示，在中心框4的每一个凹槽401上，设有至少6个用于安装辐板3的螺纹孔；在中心框4的每一个凹槽401的上下两端，分别设有至少一个用于限位辐板3的销孔402。在本发明的一个实施例中，在中心框4的每一个凹槽401上，设有6个用于安装辐板3的螺纹孔；在中心框4的每一个凹槽401的上下两端，分别设有一个用于限位辐板3的销孔402。
41.下面对本发明实施例的优点进行说明：利用计算机对某2m口径的次镜组件进行有限元模态分析，当采用三辐板支撑结构时，次镜组件的一阶模态为50hz；当采用四辐板支撑结构时，次镜组件的一阶模态为60hz；当采用本发明提出的同轴系统的次镜支撑结构时，次镜组件的一阶模态为95hz，因此本发明提高了次镜组件的一阶频率。经过有限元分析所得出的结果表明本发明实用有效。
42.综上所述，本发明通过将各辐板3的中轴线分开布置，从而避免各辐板3的中轴线交汇于次镜入光口的中心轴位置，因此获得了较大的旋转刚度以及提高了大口径相机次镜支撑组件的一阶频率。同时由于增加了辐板3的数量，因此整体次镜支撑结构的轴向刚度和径向刚度都有所提高。本发明通过将六个辐板3两两一组进行合并，保证了在增加辐板3数
量的前提下，前框1上的3个支撑点数量不变；同时从辐板3上靠近中心框4的一端301到辐板3上靠近固定座2的一端302，辐板3的宽度依次递减，保证了次镜具有较高的稳定性；并且由于辐板3为薄板结构，所以相对于常规三辐板结构，本发明的遮光面积仅增加了三个辐板3厚度方向的截面积，并未较大程度的增加系统遮拦比。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
44.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
45.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。