本發(fā)明屬于航天光學(xué)鏡片支撐裝置領(lǐng)域，具體涉及一種大跨度微變形高諧振頻率的主次鏡支架。

背景技術(shù)：

目前，航天光學(xué)工程領(lǐng)域中，尤其是大口徑同軸光學(xué)系統(tǒng)中，主次鏡的光學(xué)間隔要求較大，光學(xué)間隔精確度要求較高，且要求較高的主次鏡同軸度和較小的遮攔比。為了保證系統(tǒng)具有較小的遮攔比，支撐結(jié)構(gòu)一般是由若干支撐筋對次鏡進(jìn)行支撐固定，由于支撐筋剛性不足，造成主次鏡支架諧振頻率較低，外界的振動或者熱應(yīng)變會造成次鏡與主鏡的光軸偏離，形成像差，影響整個(gè)系統(tǒng)的觀測指標(biāo)。如果主次鏡支架設(shè)計(jì)余量不足，在力學(xué)環(huán)境振動考核試驗(yàn)過程中甚至造成光學(xué)載荷失效報(bào)廢。

在常規(guī)支撐結(jié)構(gòu)中，次鏡組件通過鏡筒與主鏡連接，鏡筒熱脹冷縮，會造成主次鏡光學(xué)間隔的變化和系統(tǒng)光軸的偏移，造成光學(xué)載荷最佳像面的位置隨溫度變化，現(xiàn)有的裝置在載荷后端添加動態(tài)調(diào)焦機(jī)構(gòu)來解決上述問題，動態(tài)調(diào)焦機(jī)構(gòu)根據(jù)溫度參數(shù)的變化，進(jìn)行最佳成像焦面調(diào)節(jié)，以保證最佳的光學(xué)指標(biāo)，但是由于在軌空間環(huán)境的復(fù)雜性，動態(tài)調(diào)焦機(jī)構(gòu)失效的風(fēng)險(xiǎn)較高，并且調(diào)焦機(jī)構(gòu)也增加了載荷的質(zhì)量，使主次鏡支撐裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加，不符合航天輕量化設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)所有的支撐結(jié)構(gòu)件全部采用密度較大的微熱應(yīng)變材料制成，造光學(xué)成載荷質(zhì)量過大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的主次鏡支撐裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、諧振頻率較低的問題，本發(fā)明提出了一種大跨度微應(yīng)變高諧振頻率的主次鏡支架，該主次鏡支架在保證較小的熱應(yīng)變的前提下，具有較高的諧振頻率和較小的重量，保證了光學(xué)系統(tǒng)指標(biāo)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種微變形高諧振頻率的主次鏡支架，包括同軸設(shè)置的主鏡支撐座和次鏡支撐座，還包括三根支撐翼和三根加強(qiáng)筋；主鏡支撐座為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，次鏡支撐座為中空圓錐臺結(jié)構(gòu)，次鏡支撐座的端面設(shè)置有安裝次鏡的通孔；三根支撐翼的一端等間距固定設(shè)置在主鏡支撐座上；三根支撐翼的另一端等間距固定設(shè)置在次鏡支撐座上，結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，當(dāng)三根支撐翼與次鏡支撐座的圓錐面相切形成偏置式支撐時(shí)，次鏡支架具有較高的諧振頻率，從次鏡支撐座的軸向看，三根支撐翼與次鏡支撐座的圓錐面相切的部分形成一個(gè)小三角，該小三角也是次鏡支撐座的邊緣；三根加強(qiáng)筋分別設(shè)置在相鄰支撐翼的中部。

進(jìn)一步地，次鏡支撐座上還設(shè)置有減重孔。減重孔不僅可以減輕支架的整體重量，并且增加了系統(tǒng)有效的通光面積,減小光學(xué)系統(tǒng)的遮攔比。

進(jìn)一步地，主鏡支撐座、次鏡支撐座、支撐翼和加強(qiáng)筋均采用低熱膨脹系數(shù)的金屬材料或者碳纖維復(fù)合材料制成，將系統(tǒng)的最佳焦面的漂移位移量縮小在可接受范圍類，低熱膨脹系數(shù)的金屬材料制造成本相對較低,加工周期短，重量也相比較輕。

進(jìn)一步地，主鏡支撐座、次鏡支撐座、支撐翼和加強(qiáng)筋為低熱膨脹系數(shù)的金屬材料時(shí)通過鑄造一體成型，保證了支架整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，主鏡支撐座、次鏡支撐座、支撐翼和加強(qiáng)筋均采用鐵鎳合金制成，使支架具有較小的成本。

進(jìn)一步地，為保證支架整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，三根加強(qiáng)筋設(shè)置在同一平面上，使支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

1.本發(fā)明通過2個(gè)大小三角使支架具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可以有效提高大跨度主次鏡支架的諧振頻率。

2.本發(fā)明無運(yùn)動部件，具有成本低、在軌運(yùn)行安全系數(shù)高和重量較小的優(yōu)勢。

3.通過低熱膨脹系數(shù)的金屬材料，將系統(tǒng)的最佳焦面的漂移位移量縮小在可接受范圍類，低熱膨脹系數(shù)的金屬材料制造成本相對較低,加工周期短，重量也相比較輕。

4.本發(fā)明中的減重孔不僅可以減輕支架的整體重量，并且增加了系統(tǒng)有效的通光面積,減小光學(xué)系統(tǒng)的遮攔比。

5.本發(fā)明主次鏡支架采用鑄造一體成型，保證了支架整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)簡圖一；

圖2為圖1的軸向視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)簡圖二；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)簡圖三。

附圖標(biāo)記：1-支撐翼，2-加強(qiáng)筋，3-大三角，4-小三角，5-主鏡支撐座，6-次鏡支撐座，7-減重孔。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖1所示，本發(fā)明的微變形高諧振頻率的主次鏡支架包括同軸設(shè)置的主鏡支撐座5和次鏡支撐座6，主鏡支撐座5為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，次鏡支撐座6為中空圓錐臺結(jié)構(gòu)，兩支撐座通過三根支撐翼1連接在一起，相鄰支撐翼之間又設(shè)有加強(qiáng)筋2，其中三根支撐翼1沿圓周均布于主、次鏡支撐座之間。各支撐翼的一端與主鏡支撐座固連，另一端與次鏡支撐座的圓錐面相切，即從次鏡支撐座的軸向看，支撐翼與次鏡支撐座的圓錐面相切部分形成一個(gè)小三角4，該小三角4也是次鏡支撐座一端的邊緣，次鏡支撐座的另一端為圓孔，用于安裝次鏡。三根加強(qiáng)筋2設(shè)置在同一平面上，即它們首尾相接，形成一個(gè)大三角3。

次鏡支撐座6上設(shè)置有減重孔7。減重孔7不僅可以減輕支架的整體重量，并且增加了系統(tǒng)有效的通光面積,減小光學(xué)系統(tǒng)的遮攔比。三根加強(qiáng)筋2分別固定設(shè)置在相鄰支撐翼的中部,應(yīng)用有限元分析軟件,將加強(qiáng)筋2的位置設(shè)為變量參數(shù),求解優(yōu)化諧振頻率,依據(jù)較高的諧振頻率,最終確定加強(qiáng)筋2的設(shè)置位置。

主鏡支撐座5、次鏡支撐座6、支撐翼1和加強(qiáng)筋2均采用低熱膨脹系數(shù)的金屬材料或者碳纖維復(fù)合材料制成，實(shí)現(xiàn)微熱應(yīng)變設(shè)計(jì)。為保證支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，主次鏡支架采用低熱膨脹系數(shù)的金屬材料時(shí)鑄造一體成型。

如圖2所示，本發(fā)明提供一種大跨度微應(yīng)變高諧振頻率的主次鏡支架，支架整體采用鐵鎳合金加工成型，支撐結(jié)構(gòu)采用三根支撐翼1，支撐翼1與次鏡支撐座的圓錐面采用相切的偏置式支撐形式，三根支撐翼1與次鏡支撐座6的圓錐面相切的部分形成一個(gè)小三角4，使支撐結(jié)構(gòu)的諧振頻率得以提高，三根支撐翼1中部通過三根加強(qiáng)筋2連接，在支撐翼1中部形成一個(gè)大三角3，利用前后大小兩個(gè)三角的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可以有效提高大跨度主次鏡支架的諧振頻率，并且通過低熱膨脹系數(shù)的金屬材料，將系統(tǒng)的最佳焦面的漂移位移量縮小在可接受范圍類，低熱膨脹系數(shù)的金屬材料價(jià)格低，加工成型周期短，使本發(fā)明具有成本低，在軌運(yùn)行安全系數(shù)高和重量較小的優(yōu)勢。

如圖3、圖4所示，支撐翼1為板條狀，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為：寬度b1、厚度h1；加強(qiáng)筋2為板條狀，結(jié)構(gòu)參數(shù)為：寬度b2、厚度h2；在保證光學(xué)系統(tǒng)遮攔比指標(biāo)要求的前提下，通過有限元分析軟件,設(shè)置一定的溫變條件，以諧振頻率f和次鏡相對偏移位移d和為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),支撐翼1和加強(qiáng)筋2的四個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,綜合分析結(jié)果，得到較高的諧振頻率fmax和較小的dmin。通過以上設(shè)計(jì)和優(yōu)化分析手段等措施，使得大跨度的主次鏡支架具有較高的諧振頻率、微熱應(yīng)變、研制成本低、研制周短、產(chǎn)品重量輕，安全系數(shù)高的特點(diǎn)。

本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于本發(fā)明的具體實(shí)施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的啟示下，能夠從本發(fā)明公開內(nèi)容中直接導(dǎo)出聯(lián)想一些原理和結(jié)構(gòu)相同的基本變形，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征相同的相互不同組合、相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡單改換，都屬于本發(fā)明技術(shù)的保護(hù)范圍。