[发明专利]一种高刚度轻质空间相机镜筒及其抗振稳定性测试方法

说明书

本发明公开了一种高刚度轻质空间相机镜筒及其抗振稳定性测试方法，包括筒体、主镜法兰、次镜法兰和加强筋；筒体为空心圆柱，筒体一端设有用于连接空间相机主镜的主镜法兰、筒体另一端设有用于连接空间相机次镜的次镜法兰，筒体外侧设有用于补强结构的加强筋，筒体、主镜法兰、次镜法兰和加强筋由碳化硅三维编织一体成型。本发明通过采用碳化硅材料三维编织一体成型筒体、法兰和加强筋，优化了镜筒整体结构，弥补了传统的金属支撑结构重量过大且自身膨胀系数较大的缺陷；通过设计镜筒结构的抗振稳定性测试方法，确保了镜筒整体的稳定性，解决了传统的树脂基复合材料稳定性较差的问题。

技术领域

本发明涉及一种高刚度轻质空间相机镜筒，尤其适用于空间高分辨率相机主镜与次镜之间的支撑，属于空间相机内部支撑结构技术领域。

背景技术

航天高分辨率相机多采用筒体作为支撑结构，温度引起的各光学零件之间的间隔变化将由筒体的线膨胀系数决定，而光学零件之间间隔的变化会造成焦距及像面位置的极大改变，因此必须严格控制光学件间距的热稳定性。

一般材料如铝合金或钛合金，由于材料自身线膨胀系数较大，多作为小结构尺寸镜筒。而高分辨率相机口径较大，光学零件间的间隔控制更为严格，多采用低膨胀系数材料作为支撑结构。虽然低膨胀材料殷钢4J32B热变形小，但其密度较大，鉴于重量限制，也多作为小结构尺寸镜筒，虽然可通过采用内外蒙皮中间夹环筋结构减轻部分重量，但其必将引入复杂的连接结构，对尺寸稳定性造成不利影响。

虽然碳纤维增强树脂基复合材料具有较低的密度(～1.5g/cm3)以及较高的比刚度，但是空间长时间使用要求对其树脂基体的稳定性是一种重大的挑战，同时其对水蒸气较敏感，吸湿所引起的体积膨胀将导致空间光学系统地面装配状态与空间在轨运行状态下尺寸发生较大的变化。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种高刚度轻质空间相机镜筒，通过采用碳化硅材料三维编织一体成型筒体、法兰和加强筋，优化了镜筒整体结构，弥补了传统的金属支撑结构重量过大且自身膨胀系数较大的缺陷；通过设计镜筒结构的抗振稳定性测试方法，确保了镜筒整体的稳定性，解决了传统的树脂基复合材料稳定性较差的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种高刚度轻质空间相机镜筒，包括筒体、主镜法兰、次镜法兰和加强筋；筒体为空心圆柱，筒体一端设有用于连接空间相机主镜的主镜法兰、筒体另一端设有用于连接空间相机次镜的次镜法兰，筒体外侧设有用于补强结构的加强筋，筒体、主镜法兰、次镜法兰和加强筋由碳化硅三维编织一体成型。

在上述的一种高刚度轻质空间相机镜筒中，所述筒体内径与主镜法兰外径的比例设为1:1.1，筒体内径与次镜法兰外径的比例设为1:1.2。

在上述的一种高刚度轻质空间相机镜筒中，所述主镜法兰上均匀布设有用于连接空间相机主镜的通孔。

在上述的一种高刚度轻质空间相机镜筒中，所述通孔的数量范围设为24～48个。

在上述的一种高刚度轻质空间相机镜筒中，所述次镜法兰上均匀布设有用于连接空间相机次镜的三组光孔。

在上述的一种高刚度轻质空间相机镜筒中，所述光孔的数量范围设为6～12个。

在上述的一种高刚度轻质空间相机镜筒中，所述加强筋包括环筋和纵筋；环筋沿筒体周向均匀布设在筒体外侧且与筒体轴线垂直，纵筋沿筒体周向均匀布设在筒体外侧且与筒体轴线平行。

在上述的一种高刚度轻质空间相机镜筒中，所述环筋的数量不少于3根，纵筋的数量不少于6根。

一种基于所述高刚度轻质空间相机镜筒的抗振稳定性测试方法，包括如下步骤：

第一步，制作基准量块，并将基准量块分别安装在主镜法兰和次镜法兰上；