[发明专利]推凝一体化高分辨空间光学载荷超轻碳纤维桁架支撑结构

说明书

本发明涉及一种推凝一体化高分辨空间光学载荷超轻碳纤维桁架支撑结构，包括调整垫片、次镜室、桁架杆、金属预埋件和支撑环。调整垫片上端凸台为次镜组件的安装平面，金属预埋件下端凸台为桁架与主镜组件的安装平面。其中调整垫片、次镜室、金属预埋件采用钛合金材料，桁架杆、支撑环采用碳纤维复合材料。桁架杆横截面为回字形，支撑环横截面为凹字形。本发明的桁架支撑结构总质量小于2.2kg，是传统金属桁架质量的1/3～1/2倍。此桁架支撑结构简单、质量轻，具有良好的强度、刚度以及结构稳定性等指标特性，可以抵御空间光学载荷在发射过程中受到的复杂力学环境的影响，确保光学元件之间的位置关系，满足推凝一体化高分辨率空间光学载荷对支撑结构的要求。

技术领域

本发明属于空间光学精密机械技术领域，具体涉及一种推凝一体化高分辨空间光学载荷超轻碳纤维桁架支撑结构。

背景技术

空间光学载荷碳纤维桁架是主要光学元件之间的支撑结构，须具备良好的强度、刚度以及结构稳定性等指标，以抵御光学载荷在发射过程中受到的复杂力学环境的影响，确保光学元件之间的位置关系，保证光学载荷的成像质量。碳纤维复合材料与传统的金属材料相比，具有密度小、比强度高、比刚度大、热稳定性好等物理与力学属性，同时碳纤维复合材料结构件的制备工艺日趋成熟，因此碳纤维复合材料在空间光学精密机械领域得到了较为广泛地应用。碳纤维桁架可以满足推凝一体化高分辨率空间光学载荷对主支撑结构提出的各项指标要求。

与本发明最接近的已有技术是李凯于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所攻读硕士学位时，于2015年12月发表的硕士学位论文《灵巧视频相机结构设计及其稳定性研究》中提出的一种空间相机三杆支撑主承力结构，包括桁架上环、桁架下环、桁架杆、预埋件、主背板等。该结构缺点主要在于：①质量大6.07kg，一阶基频较低138Hz，结构强度、刚度指标较差；②桁架杆下部未设置单独的支撑环，而是与主镜室(即文中所述桁架下环)连接在一起，导致支撑结构轴向尺寸过大、重量大，在桁架组件装配完成后，不易对支撑结构两个端面进行研磨加工，导致两端平面平行度差、两端平面与桁架轴线的垂直度差，影响相机主镜、次镜的安装精度以及主、次镜之间的相对位置；③次镜室上端未布置调整垫片，整机装调时不易对相机主、次镜之间的位置进行微调；④次镜室周围也未给出相机遮光罩的安装孔位。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种推凝一体化高分辨空间光学载荷超轻碳纤维桁架支撑结构，其可应用于带校正镜R-C光学系统的推凝一体化高分辨率空间光学载荷，并满足推凝一体化高分辨率空间光学载荷对支撑结构强度、刚度以及结构稳定性等指标的要求。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种推凝一体化高分辨空间光学载荷超轻碳纤维桁架支撑结构，包括：调整垫片、次镜室、桁架杆、金属预埋件和支撑环；

所述调整垫片采用钛合金材料，上端均布3个第一凸台；所述第一凸台的上端面为次镜组件的安装平面，调整垫片下端面为调整垫片与次镜室的安装平面；每个所述第一凸台的两侧调整垫片上均对称设置有第一螺钉通孔，并且6个所述的第一螺钉通孔在调整垫片圆周上均布设置；每个所述第一凸台上对称布置2个第二螺钉通孔、2个第一销钉孔；

所述次镜室采用钛合金材料，其上端面为调整垫片的安装平面，下端面均布三根与次镜室轴线呈16.3°夹角的第一回字形杆；所述第一回字形杆的横截面为等壁厚回字形，壁厚2.5mm，其外表面为桁架杆的粘接平面；每根所述第一回字形杆的上平面对称布置用于固定光学载荷遮光罩的2个第一螺纹孔；所述次镜室的外圆面上均布厚度为4mm的3个第一加强筋、3个加强斜筋；所述次镜室上端面均布6个第二螺纹孔与所述第一螺钉通孔相对应、6个第三螺纹孔与所述第二螺钉通孔相对应及6个第二销钉孔与所述第一销钉孔相对应；

所述桁架杆采用碳纤维复合材料，其横截面为等壁厚回字形，壁厚3mm；所述桁架杆的上端与次镜室连接，下端与金属预埋件连接；