一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构.pdf

本发明一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构，属于空间光学技术领域，解决了现有技术空间光学遥感器支撑结构重量高、稳定性差和固有频率低的技术问题；包括碳纤维前筒、碳纤维后筒、次镜预埋件、碳纤维次镜支架、碳纤维支承环、多个支承环预埋件、桁架杆接头、多根碳纤维桁架杆、桁架预埋件、碳纤维基体、主镜组预埋件、三镜预埋件和碳纤维后盖；碳纤维前筒连接在碳纤维后筒上；次镜预埋件粘贴在碳纤维次镜支架的中部，多个支承环预埋件圆周均布在碳纤维支承环上，碳纤维桁架杆的前端连接在碳纤维支承环的背面，其后端连接主背板组件的桁架预埋件，碳纤维后盖、桁架组件预埋件、三镜组件预埋件和主镜组件预埋件分别连接在碳纤维基体上。

1.  一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构，其特征在于，包括外遮光罩组、 桁架组件和主背板组件；
外遮光罩组件包括碳纤维前筒(1)和碳纤维后筒(5)，碳纤维前筒(1)通过螺钉 连接在碳纤维后筒(5)上；
桁架组件包括次镜预埋件(12)、碳纤维次镜支架(13)、碳纤维支承环(10)、 多个支承环预埋件(2)、多个桁架杆接头(3)、多根碳纤维桁架杆(4)；次镜预埋 件(12)粘贴在碳纤维次镜支架(13)的中部，次镜支架(13)通过螺钉连接在支承环 预埋件(2)上，多个支承环预埋件(2)圆周均布在碳纤维支承环上，每两根相邻碳 纤维桁架杆(4)共用一个桁架杆接头(3)，碳纤维桁架杆(4)前端通过桁架杆接头(3) 连接在碳纤维支承环的背面；
背板组件包括多个桁架预埋件(6)、碳纤维基体(7)、多个主镜组预埋件(11)、 三镜组件预埋件(8)和碳纤维后盖(9)；碳纤维后盖(9)通过螺钉连接在碳纤维基体 (7)上，碳纤维后盖9通过螺钉连接在碳纤维基体(7)上，多个桁架预埋件(6)圆周 均布在碳纤维基体(7)上，碳纤维桁架杆(4)的后端通过桁架杆接头(3)连接到主背 板组件的桁架预埋件(6)上，每两根相邻碳纤维桁架杆(4)共用一个桁架杆接头 (3)，三镜组件预埋件(8)通过螺钉连接在碳纤维基体(7)上，多个主镜组件预埋件 (11)通过螺钉连接在碳纤维基体(7)上。

2.  根据权利要求1所述一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构，其特征在 于，所述多个支承环预埋件(2)为3个。

3.  根据权利要求1所述一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构，其特征在 于，所述多根碳纤维桁架杆(4)为6个。

4.  根据权利要求1所述一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构，其特征在 于，所述多个桁架预埋件(6)为3个。

5.  根据权利要求1所述一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构，其特征在 于，所述多个桁架杆接头(3)为6个。

一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构
技术领域
本发明属于空间光学技术领域，具体涉及一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构。
背景技术
空间光学遥感器广泛应用于地球资源详查和普查、地形测绘、海洋研究、城市建设、农业发展、气象预报、军事侦察等多个领域。空间光学遥感器在地面研制、测试及发射阶段，会遭受到多种振动、冲击及噪声等外界载荷和环境条件的考验。其中，动力学环境对遥感器的影响最大。遥感器受到的动力学载荷主要包括在装调和实验、地面运输、运载火箭整流罩分离、火箭推进舱和搭载相机的飞行器级间分离、飞行器结构展开姿态调整等带来的偶然冲击、爆脱冲击、瞬态和稳态振动、颤动、火箭跷振和大型柔性可展开结构引起的振动等。如果遥感器的刚度不够会导致重大航天事故。
与本发明最接近的现有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所李威的博士论文，该论文中的空间遥感器结构已应用于某高分辨率空间相机科研项目。该空间遥感器支撑结构包括前筒、次镜支撑杆、连接筒、相机支架、锥筒和后筒；前筒连接在连接筒的前方，连接筒次镜支撑杆，相机支架与连接筒连接，锥筒连接在连接筒上，后筒连接在锥筒上；相机支架的安装基面与飞行器连接。前筒用来限制视场以外的光线进入光学系统，连接筒主要用来支撑次镜支撑杆，连接筒通过与相机支架的连接保证次镜在光学系统中的位置和主、次镜间相对位置关系的稳定性；锥筒是遥感器的主要支撑结构，后筒用来支撑第三反射镜等组件，相机支架分别与锥筒和连接筒连接，实现对整台遥感器的支撑。
由于该遥感器主体结构大量采用金属材料，虽然经过高度轻量化设计，但遥感器总体重量仍然较高，稳定性一般，且固有频率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构，解决现有技 术空间光学遥感器支撑结构重量高、稳定性一般和固有频率低的技术问题。
本发明一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构包括外遮光罩组、桁架组件和主背板组件；
外遮光罩组件包括碳纤维前筒和碳纤维后筒，碳纤维前筒通过螺钉连接在碳纤维后筒上；
桁架组件包括次镜预埋件、碳纤维次镜支架、碳纤维支承环、多个支承环预埋件、多根碳纤维桁架杆和多个桁架杆接头；次镜预埋件粘贴在碳纤维次镜支架的中部，次镜支架通过螺钉连接在支承环预埋件上，多个支承环预埋件圆周均布在碳纤维支承环上，每两根相邻碳纤维桁架杆共用一个桁架杆接头，碳纤维桁架杆前端通过桁架杆接头连接在碳纤维支承环的背面；
背板组件包括多个桁架预埋件、碳纤维基体、多个主镜组预埋件、三镜预埋件和碳纤维后盖；碳纤维后筒通过螺钉连接在碳纤维基体上，碳纤维后盖通过螺钉连接在碳纤维基体上，多个桁架预埋件圆周均布在碳纤维基体上，碳纤维桁架杆的后端通过桁架杆接头连接到桁架预埋件上，每两根相邻碳纤维桁架杆共用一个桁架杆接头，三镜组件预埋件通过胶和螺钉固定连接在碳纤维基体上，多个主镜组件预埋件通过胶和螺钉固定连接在碳纤维基体上。
所述多个支承环预埋件为3个。
所述多根碳纤维桁架杆为6个。
所述多个桁架预埋件为3个。
所述多个桁架杆接头为6个。
本发明的有益技术效果：本发明采用三角形次镜支架结构，利用三角形的稳定性，从而保证本支撑结构的稳定性；采用桁架式次镜支撑结构，有效利用了材料承受拉压载荷的能力远大于承受弯曲载荷的特性，使本支撑结构的刚度大大提高；本发明的主体材料为碳纤维复合材料，该材料具有高比强度、高比刚度、电绝缘或导电性、抗冲击、高阻尼特性、零膨胀系数或负膨胀系数、尺寸稳定性和抗疲劳的优点，从而保证了本发明的支撑结构具有重量低、刚度高和稳定性高的优点。
附图说明
图1为本发明一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构的立体视图；
图2为本发明一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构的主视图；
图3为本发明一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构的左视图；
其中，1、碳纤维前筒，2、支承环预埋件，3、桁架杆接头，4、碳纤维桁架杆，5、碳纤维后筒，6、桁架预埋件，7、碳纤维基体，8、三镜组件预埋件，9、碳纤维后盖，10、碳纤维支承环，11、主镜组件预埋件，12、次镜预埋件，13、碳纤维次镜支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
参见附图1、附图2和附图3，本发明一种高比刚度空间光学遥感器支撑结构包括外遮光罩组、桁架组件和主背板组件；
外遮光罩组件包括碳纤维前筒1和碳纤维后筒5，碳纤维前筒1通过螺钉连接在碳纤维后筒5上；
桁架组件包括次镜预埋件12、碳纤维次镜支架13、碳纤维支承环10、多个支承环预埋件2、多个桁架杆接头3和多根碳纤维桁架杆4；次镜预埋件12粘贴在碳纤维次镜支架13的中部，次镜支架13通过螺钉连接在支承环预埋件2上，多个支承环预埋件2圆周均布在碳纤维支承环上，每两根相邻碳纤维桁架杆4共用一个桁架杆接头3，碳纤维桁架杆4前端通过桁架杆接头3连接在碳纤维支承环的背面；
背板组件包括多个桁架预埋件6、碳纤维基体7、多个主镜组预埋件11、三镜组件预埋件8和碳纤维后盖9；碳纤维后盖9通过螺钉连接在碳纤维基体7上，多个桁架预埋件6圆周均布在碳纤维基体7上，碳纤维桁架杆4的后端通过桁架杆接头3连接到主背板组件的桁架预埋件6上，每两根相邻碳纤维桁架杆4共用一个桁架杆接头3，三镜组件预埋件8通过螺钉连接在碳纤维基体7上，多个主镜组件预埋件11通过螺钉连接在碳纤维基体7上。
所述多个支承环预埋件2为3个。
所述多根碳纤维桁架杆4为6个。
所述多个桁架预埋件6为3个。
所述多个桁架杆接头3为6个。
为确保桁架组件中的次镜预埋件12端面与桁架头端面小于等于0.01mm，精研桁架组件中的次镜预埋件12端面和桁架组件与主背板组件连接的桁架杆接头3端面；为确保3个主镜组件的共面度小于等于0.005mm，三个桁架预埋件6上、下端面的共面度小于等于0.005mm，且三个桁架预埋件6上、下端面与主镜组件预埋件11端面的平行度小于等于0.01mm，三镜组件预埋件8的端面平面度小于等于0.003mm，三镜组件预埋件8的端面与主镜组件预埋件11端面的垂直度小于等于0.01mm，精研主背板组件中的桁架预埋件6上下端面、主镜组件预埋件11端面、三镜组件预埋件8端面；
本发明的支撑结构的外形尺寸为Ф870mm×1540mm，重量为38kg，支撑结构的固有频率为120Hz以上。
桁架组件采用6根碳纤维桁架杆4，相邻两根桁架杆与主背板和支撑环构成三角形，利用了三角形稳定性原理，有利于整体结构的稳定性，遥感器采用三角形的主背板，减小了主背板尺寸和质量，三角形的主背板为整个遥感器的安装基板，包括碳纤维基体7和钛合金预埋件；碳纤维基体7起主要承力作用，主背板整体成型时金属预埋件加强筋嵌入到碳纤维基体7中，既提高了可靠性又保证了主背板组件的刚度。