[发明专利]一种准零膨胀空间光学遥感器支撑结构及方法

说明书

本发明属于空间光学遥感技术领域，涉及一种准零膨胀空间光学遥感器支撑结构及方法。结合桁架的几何构型，基于支撑框的径向变形会导致主反射镜与次反射镜间距变化的特点，建立了顶部支撑框和支撑桁架杆两者线膨胀系数间的联系。当受到外界温度载荷时，两者在光轴方向(主反射镜与次反射镜连线方向)的变形可以相互补偿，最终实现整体桁架结构轴向准零膨胀的效果。同时，为缓解在顶部支撑框径向变形时，导致相邻支撑桁架杆在接头位置产生弯矩，顶部接头局部采用细颈结构，有效释放热应力及其他装配应力。解决了因目前光学遥感器单一通过降低各传递路径上材料线胀或采取精密温控提高在轨稳定性，造成的成本高及实施难度大的问题。

技术领域

本发明属于空间光学遥感技术领域，涉及一种准零膨胀空间光学遥感器支撑结构及方法。

背景技术

随着空间遥感器逐渐向大口径、长焦距方向发展，对光学系统公差提出了更为苛刻的要求，主反射镜与次反射镜之间的位置公差要求也越来越高，甚至达到了微米级，这给支撑装置的结构刚度、在轨稳定性等带来了极大挑战。尤其对于数米量级的支撑装置来说，传统整体框架式结构已很难满足上述需求。

桁架结构因其高比刚度、组装灵活等优良的空间性能被广泛采用。为了提高空间桁架的稳定性，通常选用低膨胀碳纤维复合材料作为支撑桁架杆，采用殷钢、钛合金等连接件来保证高的结构刚度。在此基础上，对整个桁架结构采取精密热控手段将主次镜间的相对位置变化尽可能减小。上述结构及方法存在以下缺点：1、该实施方式对碳纤维桁架杆的线膨胀系数要求极高，势必会增加复合材料的加工难度和制造成本；2、由于碳纤维导热系数低，实施精密热控时需要在桁架杆表面粘贴大量加热器及温度传感器，从而带来机械扰动，影响其线胀性能；3、对于3-8m量级的大型桁架系统，全桁架实施精密热控(±1℃)措施的难度成倍增长，同时也会大幅增加系统功耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种准零膨胀空间光学遥感器支撑结构，解决因目前光学遥感器单一通过降低各传递路径上材料线胀或采取精密温控提高在轨稳定性，造成的成本高及实施难度大的问题。

本发明的技术解决方案是提供一种准零膨胀空间光学遥感器支撑结构，包括底部支撑框与顶部支撑框；

其特殊之处在于：

还包括底部接头、顶部接头及位于底部接头与顶部接头之间的n层支撑桁架杆单元；其中n大于等于1；当n大于1时，还包括设置在相邻两层支撑桁架杆单元之间的n-1个环状横梁；

上述顶部接头包括顶部接头安装座与固定在顶部接头安装座上的两个细颈连接件；上述顶部接头安装座固定在顶部支撑框和/或环状横梁上；上述细颈连接件包括大端部及小端部，小端部与顶部接头安装座固连；

上述底部接头包括接头端与底部接头安装面，两个接头端固定在一个底部接头安装面上，底部接头安装面固定在底部支撑框上；

顶部接头与底部接头在水平投影面上呈交错布置，周向相位角均匀分布，径向位置一致；

每层支撑桁架杆单元包括m个支撑桁架杆，其中m为大于等于6的偶数；

当n等于1时，一个支撑桁架杆的两端通过细颈连接件的大端部、底部接头分别与顶部支撑框及底部支撑框连接；当n大于1时，第一层支撑桁架杆单元中的支撑桁架杆的两端通过细颈连接件的大端部、底部接头的接头端分别与环状横梁及底部支撑框连接；第二层支撑桁架杆单元至第n层支撑桁架杆单元中的支撑桁架杆的两端均通过细颈连接件的大端部固定在相邻两个环状横梁之间或顶部支撑框与环状横梁之间；

各层支撑桁架杆单元中相邻支撑桁架杆与底部支撑框、顶部支撑框或环状横梁形成三角构型；

上述底部支撑框、底部接头、和顶部接头安装座均采用碳纤维增强SiC陶瓷复合材料，上述顶部支撑框、环状横梁和支撑桁架杆均采用碳纤维/环氧树脂复合材料，上述细颈连接件采用低膨胀铁镍合金；