[发明专利]一种具有新型Bipod柔性支撑结构的大口径空间反射镜

说明书

本发明公开了一种具有新型Bipod柔性支撑结构的大口径空间反射镜，解决了针对大口径反射镜，现有传统Bipod支撑结构刚度低、结构尺寸大、可设计性差及如何获得高位置精度和面型精度的问题，其包括：封闭式六边形轻量化结构的反射镜、加工在大口径反射镜侧壁的三个矩形切面、连接与矩形切面处的矩形凸台、与矩形凸台连接的Bipod柔性支撑组件及与Bipod柔性支撑组件连接的反射镜支撑板；新型Bipod柔性支撑组件包括底板、固连在底板的两个轴向并置切口的双轴柔性支撑腿以及与柔性支撑腿顶部连接的矩形连接框。该空间反射镜可设计性好，刚度高，稳定性好，能够抵御较大的力学干扰，同时能满足大口径反射镜高面形精度和位置镜度的技术要求。

技术领域

本发明属于空间反射镜轻量化设计及其柔性支撑结构领域，具体涉及一种具有新型Bipod柔性支撑结构的大口径空间反射镜。

背景技术

随着空间技术的快速发展，为了满足高分辨率、远距离的空间探测，要求空间光学系统满足大口径、长焦距、高分辨率。大口径反射镜作为空间望远镜光机结构的重要光学元件，其面形精度和位置精度决定了整个光学系统的成像质量。空间望远镜在发射前需要在地面进行装调检测、温度试验、振动试验以确保在轨时的光学支撑性能和结构稳定性。在地面试验时，主镜组件受到重力、装配误差、温度的影响，在轨时主要受到重力释放和温度不均匀性的影响。而支撑通过自身弹性变形来隔离外界载荷向镜面的传递，通过自身刚度来保证镜组件频率。因此，在空间反射镜柔性支撑设计必须考虑重力、温度、地面装调及发射振动和过载等恶劣的环境条件，才能保证反射镜的面形精度和望远镜的成像质量。

目前，空间大口径反射镜常采用三点支撑结构，因其支撑结构简单，加工容易，质量小，地面装调检测可靠性最高。侧边三点支撑是以反射镜的侧壁作为定位基准的支撑方式，用于检测状态为光轴水平的反射镜支撑。通过合理的柔性环节设计，侧边三点支撑可有效消除装配应力和温度变化产生的热应力。Bipod柔性支撑是一种常见的侧边支撑方式，拥有两个呈一定角度对称分布的柔性杆，如图1所示。但这种柔性环节为正交叶片式结构在应用于大口径反射镜支撑时，面临如下问题：

1)采用三点侧边支撑时，在空间反射镜受到径向重力和温度变化工况下，为了保持反射镜的位置精度和面型精度，需要正交叶片柔性环节的变形来降低面型退化和热应力，但是在对正交式叶片Bipod参数优化时，往往会对整个叶片厚度统一改变，这导致径向刚度较弱，基频较低，在振动或过载情况下增加了破坏风险；

2)采用正交叶片式Bipod支撑，必须在相交根部做倒角处理降低应力集中，而且要实现径向和轴向的转动，至少需要两对正交叶片组合，当反射镜口径增大时，柔性支撑的尺寸和重量也随之增加。

3)正交叶片式Bipod支撑虽然结构简单，但其结构参数的改变对结构性能的改变不大，可设计性较差，这种结构形式也决定了其支撑刚度及支撑柔性的上限。

发明内容

本发明为了解决背景技术中反射镜支撑结构存在的结构尺寸大，结构刚度低、可设计性低及获得高面形精度和位置精度的问题，提出一种具有新型Bipod柔性支撑结构的空间反射镜，该新型Bipod柔性支撑结构的柔性环节采用轴向并置切口的双轴柔性单元，支撑组件结构可设计性好，刚度高，稳定性好，能够抵御较大的力学干扰，同时能满足大口径反射镜高面形精度和位置镜度的技术要求。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有新型Bipod柔性支撑结构的大口径空间反射镜，所述空间反射镜包括反射镜本体(1)，所述反射镜本体(1)侧壁具有三个矩形切面(14)，且所述矩形切面(14)安装设置有矩形凸台(2)，所述空间反射镜还包括与矩形凸台(2)连接的Bipod柔性支撑组件(3)，以及与所述Bipod柔性支撑组件(3)连接的反射镜支撑板(4)；

三个所述矩形切面(14)沿着所述反射镜镜体(1)周向均匀分布，且所述矩形切面(14)的截面尺寸略大于矩形凸台(2)的安装面尺寸；