本發(fā)明涉及一種三點(diǎn)球頭結(jié)合徑向膠結(jié)的反射鏡支撐結(jié)構(gòu)，即一種空間相機(jī)反射鏡支撐結(jié)構(gòu)，屬于航天遙感領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著航天遙感技術(shù)的發(fā)展，對空間相機(jī)分辨率的要求越來越高，相機(jī)反射鏡的口徑也隨之越來越大。反射鏡在地面加工、測試和裝調(diào)過程中受重力和溫度變化的影響，發(fā)射到空間中后更承受著重力卸載和空間溫度環(huán)境變化的顯著影響。因此，隨著光學(xué)口徑需求的逐步增大，反射鏡的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨著很大的挑戰(zhàn)。首先反射鏡需要牢固的支撐來抵抗口徑增大帶來的重力影響的增大，而對于航天結(jié)構(gòu)的重量限制加大了反射鏡支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度，傳統(tǒng)的反射鏡框已經(jīng)無法滿足對于大口徑反射鏡支撐的需要；其次，航天領(lǐng)域的反射鏡產(chǎn)品需要經(jīng)歷發(fā)射階段震動(dòng)、沖擊等嚴(yán)苛的力學(xué)環(huán)境。且反射鏡材料大多是玻璃、陶瓷的脆性材料，對于反射鏡的直接接觸需要足夠的接觸面積，一般的反射鏡側(cè)邊支撐方式已經(jīng)無法提供足夠的接觸面積；再次支撐結(jié)構(gòu)由于變形導(dǎo)致反射鏡的面形變化愈發(fā)明顯，接觸面越多，對面形的影響越大，傳統(tǒng)的鏡框支撐方式難以平衡好充分支撐與變形影響；最后，對于反射鏡組件的安裝需要嚴(yán)格控制安裝面的公差或設(shè)置應(yīng)力卸載，大大增加了加工裝配難度和時(shí)間成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明選擇一種三點(diǎn)球頭結(jié)合徑向膠結(jié)的反射鏡支撐結(jié)構(gòu)。反射鏡組件與安裝面通過三點(diǎn)連接。在三連接點(diǎn)處安裝成對的球頭球窩墊片，避免了安裝面誤差造成的應(yīng)力，從而避免了安裝應(yīng)力對于反射鏡面形的影響。主鏡托框采用變截面梁設(shè)計(jì)，在安裝點(diǎn)處加強(qiáng)，增強(qiáng)了主鏡托框承受重力載荷的效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種三點(diǎn)球頭結(jié)合徑向膠結(jié)的反射鏡支撐結(jié)構(gòu)，包括：主反射鏡、主鏡托框、限位塊、球頭球窩；主鏡托框?yàn)榄h(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)邊緣有向內(nèi)部伸出的齒狀凸起，主鏡托框的外邊緣有均勻分布的三處連接點(diǎn)；主反射鏡背面的外邊緣設(shè)置筋板，主反射鏡的背面的外邊緣設(shè)置有限位槽，限位槽位于筋板的間隙處；主反射鏡通過在主反射鏡背面的筋板上涂抹光學(xué)膠與主鏡托框連接，實(shí)現(xiàn)主鏡托框?qū)χ鞣瓷溏R的支撐；限位塊通過螺釘連接安裝在主鏡托框上的內(nèi)邊緣上，安裝在主鏡托框上的限位塊通過膠墊通過膠墊卡在主反射鏡的限位槽中，實(shí)現(xiàn)對主反射鏡的限位作用；主鏡托框的三處連接點(diǎn)通過球頭球窩實(shí)現(xiàn)與安裝面的無應(yīng)力安裝，避免了安裝應(yīng)力對于主鏡面形的影響；

光學(xué)膠為硅橡膠或環(huán)氧膠。主反射鏡背面設(shè)置三角形輕量化槽。筋板的材質(zhì)和主反射鏡相同。主鏡托框上設(shè)置多組限位塊，每組兩個(gè)限位塊，多組限位塊在主鏡托框上均勻分布；主反射鏡托框與安裝面通過三點(diǎn)機(jī)械螺紋連接，三安裝點(diǎn)安置成對的球頭球窩避免安裝應(yīng)力；主鏡托框采用變截面梁設(shè)計(jì)，在安裝點(diǎn)處增強(qiáng)。反射鏡的膠結(jié)面位于沿徑向的筋板上，筋板通過膠斑與主鏡托框的齒結(jié)構(gòu)粘接。粘接的筋板呈六處沿圓周方向間斷分布。與三組件安裝點(diǎn)對應(yīng)的位置粘接筋板多，起主要支撐作用。與之鏡像的三處粘接膠斑少，起輔助支撐作用。

限位塊機(jī)械安裝與主鏡托框上，深入到主鏡限位槽中，通過膠墊實(shí)現(xiàn)對反射鏡的限位作用。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明提出了一種三點(diǎn)球頭結(jié)合徑向膠結(jié)的反射鏡支撐結(jié)構(gòu)。通過反射鏡背部設(shè)置筋板，拓展了反射鏡的支撐面積，減小了反射鏡在地面光軸水平裝調(diào)狀態(tài)下受自重影響造成的面形變化問題，

(2)本發(fā)明在保證對于反射鏡充分支撐的同時(shí)，減小了反射鏡托框變形對于反射鏡面形的影響，提升了反射鏡面形的穩(wěn)定度。

(3)本發(fā)明解決了安裝面的誤差所產(chǎn)生的安裝應(yīng)力導(dǎo)致反射鏡面形變化問題。減小了反射鏡組件對于安裝面精度的要求，具有結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，節(jié)約了結(jié)構(gòu)加工成本、和組件裝配的時(shí)間成本。

附圖說明

圖1為反射鏡支撐結(jié)構(gòu)圖；

圖2為三處布置有球頭球窩的安裝點(diǎn)剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖3為主鏡托框及限位塊結(jié)構(gòu)分布圖；

圖4為限位塊與主鏡托框的連接圖；

圖5為限位塊與主鏡限位槽的安裝位置圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明的基本思路為：提出一種三點(diǎn)球頭結(jié)合徑向膠結(jié)的反射鏡支撐結(jié)構(gòu)，由主反射鏡、主鏡托框、限位塊、球頭球窩構(gòu)成。主反射鏡背部設(shè)有輕量化結(jié)構(gòu)。主鏡托框?yàn)橐粓A環(huán)結(jié)構(gòu)。主鏡背部外緣的筋板側(cè)邊與主鏡托框內(nèi)緣的齒狀結(jié)構(gòu)通過光學(xué)膠與主鏡托框連接，實(shí)現(xiàn)主鏡托框?qū)χ鞣瓷溏R的支撐。限位塊為柱狀結(jié)構(gòu)。限位塊的一端機(jī)械連結(jié)在主鏡托框上，另一端插入主鏡背部外緣的限位槽中。限位塊與限位槽之間放置膠墊，實(shí)現(xiàn)對反射鏡的限位作用。主鏡托框的外緣設(shè)有三處安裝耳片，每處耳片通過兩對球頭球窩實(shí)現(xiàn)與安裝面的無應(yīng)力安裝，避免了安裝應(yīng)力對于主鏡面形的影響。

針對地面重力作用，反射鏡通過沿徑向的筋板側(cè)面與主鏡托框的安裝齒側(cè)面通過光學(xué)膠粘接。對于粘接的筋板位置通過仿真分析優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取六處沿圓周向間斷均勻分布。與三安裝點(diǎn)對應(yīng)位置的粘接的筋板多，呈鏡像分布的另三處粘接的筋板少。最大程度上保持了主鏡托框?qū)τ谥麋R的支撐多用，減少了主鏡托框的變形對于主鏡面形的影響。在反射鏡圓周沒有粘接的筋板位置設(shè)計(jì)了周向均勻分布的三處共六個(gè)限位槽，與安裝在主鏡托框上的限位塊通過膠墊實(shí)現(xiàn)對與主鏡位置的限定。

本發(fā)明提出了一種三點(diǎn)球頭結(jié)合徑向膠結(jié)的反射鏡支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于包括：主反射鏡、主鏡托框、限位塊、球頭球窩；

主鏡托框?yàn)榄h(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)邊緣有向內(nèi)部伸出的齒狀凸起，主鏡托框的外邊緣有均勻分布的三處連接點(diǎn)；

主反射鏡背面的外邊緣設(shè)置筋板，主反射鏡的背面的外邊緣設(shè)置有限位槽，限位槽位于筋板的間隙處；

主反射鏡通過在主反射鏡背面的筋板上涂抹光學(xué)膠與主鏡托框連接，實(shí)現(xiàn)主鏡托框?qū)χ鞣瓷溏R的支撐；

限位塊通過螺釘連接安裝在主鏡托框上的內(nèi)邊緣上，

安裝在主鏡托框上的限位塊通過膠墊通過膠墊卡在主反射鏡的限位槽中，實(shí)現(xiàn)對主反射鏡的限位作用；

主鏡托框的三處連接點(diǎn)通過球頭球窩實(shí)現(xiàn)與安裝面的無應(yīng)力安裝，避免了安裝應(yīng)力對于主鏡面形的影響；

主反射鏡背面設(shè)置輕量化槽，在保證主鏡面形的前提下盡可能減小主鏡重量。在主反射鏡背面外緣設(shè)置筋板，充分利用筋板的側(cè)面提供更多的接觸面。主鏡側(cè)邊設(shè)計(jì)限位槽，以實(shí)現(xiàn)限位塊對主鏡的限位。主鏡托框?yàn)橐画h(huán)形結(jié)構(gòu)。在環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)緣設(shè)計(jì)齒狀結(jié)構(gòu)，用于與主鏡背面筋板的側(cè)面膠結(jié)。主鏡托框與主鏡通過硅橡膠、環(huán)氧膠等光學(xué)膠膠結(jié)，以避免主鏡托框與主反射鏡的硬點(diǎn)接觸，確保主鏡安全。主鏡托框的齒狀結(jié)構(gòu)分布取決于反射鏡的重量、剛度以及主鏡托框?qū)ν獍惭b點(diǎn)的位置。在主鏡托框三處對外安裝點(diǎn)相對應(yīng)的位置設(shè)置較多的齒狀結(jié)構(gòu)，在兩安裝點(diǎn)中間對應(yīng)位置設(shè)置較少的齒狀結(jié)構(gòu)。通過齒狀結(jié)構(gòu)的布局優(yōu)化綜合平衡主鏡托框?qū)τ谥鞣瓷溏R的支撐和不利影響。主鏡托框的截面通過優(yōu)化設(shè)計(jì)提高結(jié)構(gòu)剛度，在對外安裝點(diǎn)出進(jìn)行截面加強(qiáng)設(shè)計(jì)。限位塊機(jī)械連接在主鏡托框的內(nèi)邊緣，端部插入主鏡限位槽。限位塊與限位槽之間安置膠墊避免與主鏡的硬接觸。主鏡托框通過三處安裝耳片與安裝面機(jī)械連接，每處設(shè)有兩隊(duì)按球頭球窩，以實(shí)現(xiàn)無應(yīng)力安裝。

優(yōu)選方案實(shí)例如下：

如圖1所示，主反射鏡優(yōu)選采用sic材質(zhì)，口徑700mm，背部采用三角形輕量化孔。主鏡背部的外緣設(shè)計(jì)成徑向筋板，用于與主鏡托框連接。主鏡背部采用翻邊構(gòu)型來減主鏡背部直徑，如圖2所示。

主鏡托框亂個(gè)為一圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，圓環(huán)外緣直徑與主鏡口徑相同。圓環(huán)內(nèi)緣直與主鏡背部外緣保留0.3～0.6mm的間隙。圓環(huán)外緣設(shè)有圓周均布的三處連接耳片，每個(gè)耳片有孔用于連接安裝面。

如圖2所示，每個(gè)安裝點(diǎn)設(shè)置兩對球頭球窩以實(shí)現(xiàn)反射鏡組件的無應(yīng)力安裝。主鏡托框在于安裝點(diǎn)對應(yīng)的位置通過截面的加寬予以增強(qiáng)，以提升主鏡托框的結(jié)構(gòu)剛度。主鏡托框的厚度＝主鏡厚度-主鏡鏡面的矢高-限位塊厚度。

主鏡托框安裝齒的設(shè)置如圖3所示，在托框內(nèi)緣與安裝點(diǎn)對應(yīng)的位置設(shè)置n處齒狀結(jié)構(gòu)，在托框內(nèi)緣與兩兩安裝點(diǎn)中間對應(yīng)的位置設(shè)置q處齒狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選q取0.4～0.8n。每個(gè)齒狀凸起與主鏡筋板側(cè)面保留0.3～0.5mm間隙。在齒狀結(jié)構(gòu)與筋板側(cè)面注直徑為d的膠斑。優(yōu)選滿足以下關(guān)系式g×π×d²/4×(n+q+2)≥k×w。其中g(shù)為膠斑與筋板的剪切強(qiáng)度，k為安全系數(shù)(取2～50)，w為主鏡重量。

如圖4所示，在齒狀結(jié)構(gòu)間的間歇處，與主鏡限位槽對應(yīng)的位置設(shè)置有六組，每組兩個(gè)限位塊。限位塊為柱狀結(jié)構(gòu)，一段機(jī)械連接與主鏡托框上。每組的兩個(gè)限位塊的軸線角度為a。優(yōu)選0°≤a≤360/c，c為主鏡背部外緣筋板個(gè)數(shù)。

如圖5所示，限位塊插入主鏡的限位槽中。插入的深度不小于10mm。限位塊與限位槽側(cè)邊設(shè)置優(yōu)選0.3mm～1mm的膠墊。優(yōu)選限位塊頂端與反射鏡要保留不小于5mm的間隙。

采用該方案的主反射鏡組件在光軸水平狀態(tài)下，重力造成反射鏡面變形的rms≤1nm。無須設(shè)置形狀復(fù)雜的卸載結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單可靠。