专利名称：一种同轴三反空间光学系统环形碳纤维桁架支撑结构的制作方法
技术领域：
本发明属于空间遥感技术领域，特别是涉及一种用于同轴三反空间光学系统的环形碳纤维桁架式支撑结构。
背景技术：
在同轴三反空间光学系统中，由于主反射镜口径大、焦距长，对主次镜间的位置公差要求也非常高，因此要求主次镜间的支撑结构刚度高、质量轻、定位精度高、可靠性高、易加工、热胀系数小等特性。现有的筒式结构重量大、刚度低、很难加工，桁架式支撑结构可以克服以上缺点，满足光学系统支撑结构要求从而保障光学系统的性能。但是一般的桁架式支撑结构采用钛合金或铟钢材料、重量较大、刚度强度较差、定位精度差、加工困难，因此需要提供一种重量轻、刚度和强度高、易加工、轻型的新型的环形碳纤维桁架支撑结构。与本发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光机所张雷副研究员于2010年在中国科学院长春光机所出版的“光学精密工程”期刊上提出的轻型空间遥感器支撑桁架结构，如图1和图2所示。该结构包括第一桁架杆1、第二桁架杆2、第三桁架杆3、第一桁架杆基板4、第二桁架杆基板5、第三桁架杆基板6、第四桁架杆7、第五桁架杆8、第六桁架杆 9、上支撑环10、次镜支架11、第一预埋件12、第二预埋件13和第三预埋件14。其中，次镜支架11通过镶嵌在上支撑环10上的呈120°等角度分布的第一预埋件 12、第二预埋件13和第三预埋件14与上支撑环10连接；第一桁架杆1和第二桁架杆2的上端位于第二预埋块13的下方，并与上支撑环10用胶粘接，第三桁架杆3和第四桁架杆7 上端位于第一预埋块12的下方，并与上支撑环10用胶粘接，第五桁架杆8和第六桁架杆9 的上端位于第三预埋块14的下方，并与上支撑环10用胶粘接；第一桁架杆1和第六桁架杆 9的下端分别与第一桁架杆基板4胶接，第二桁架杆2和第三桁架杆3的下端分别与第二桁架杆基板5胶接，第四桁架杆7和第五桁架杆8的下端分别与第三桁架杆基板10胶接。该桁架结构的缺点是该桁架结构为开环设计，刚度强度较差；没有涉及支撑杆联接件的结构设计，定位精度差。
发明内容
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提高桁架的刚度强度、减轻重量、提高定位精度，特设计一种高刚度、高强度的环形碳纤维桁架支撑结构。本发明要解决的技术问题是提供一种同轴三反空间光学系统环形碳纤维桁架支撑结构，解决技术问题的技术方案如图3、图4和图5所示，包括上碳纤维支撑环15、第一碳纤维支撑杆联接件16、第一碳纤维支撑杆17、第二碳纤维支撑杆18、第三碳纤维支撑杆 19、第二碳纤维支撑杆联接件20、下碳纤维支撑环21、第三碳纤维支撑杆联接件22、第四碳纤维支撑杆联接件23、第四碳纤维支撑杆M、第五碳纤维支撑杆25、第六碳纤维支撑杆26、 第五碳纤维支撑杆联接件27、第六碳纤维支撑杆联接件观、第一预埋件四、第二预埋件30、 第三预埋件31、第四预埋件32、第五预埋件33和第六预埋件34。
本发明中环形碳纤维桁架式支撑结构的上、下两端分别采用上碳纤维支撑环15 和下碳纤维支撑环21，在上部的上碳纤维支撑环15上镶嵌着呈120°等角度分布的第一预埋件四、第二预埋件30和第三预埋件31，并与上碳纤维支撑环15用胶粘接，在下部的下碳纤维支撑环21上镶嵌着呈120°等角度分布的第四预埋件32、第五预埋件33和第六预埋件；34，并与下碳纤维支撑环21用胶粘接；上碳纤维支撑环15与下碳纤维支撑环21规格相同且同轴装配，从上向下俯视，上部的碳纤维支撑环15上的第一预埋件四、第二预埋件30 和第三预埋件31的位置与下部的碳纤维支撑环21上的第五预埋件33、第四预埋件32和第六预埋件34呈60°交错放置；第一碳纤维支撑杆联接件16的底面与第二预埋件30通过螺钉连接，第二碳纤维支撑杆联接件20的底面与第五预埋件33通过螺钉连接，第三碳纤维支撑杆联接件22的底面与第四预埋件32通过螺钉连接；第四碳纤维支撑杆联接件23的底面与第六预埋件34通过螺钉连接，第五碳纤维支撑杆联接件27的底面与第一预埋件四通过螺钉连接，第六碳纤维支撑杆联接件观的底面与第三预埋件31通过螺钉连接；碳纤维支撑杆采用空心圆柱杆结构，如图6所示，碳纤维支撑杆联接件的结构如图7所示，采用截面为顶角120°的等边三角形的三棱柱体结构，在三棱柱体两个侧面的中心位置上，分别设有一个与所在侧面呈90°的圆柱形空心法兰接口 35，两个圆柱形空心法兰接口 35形成呈 60°分布的双法兰接口结构；两根碳纤维支撑杆的空心圆柱内孔分别套在碳纤维支撑杆联接件的两个法兰接口上，然后粘胶固定，如图8所示。即第一碳纤维支撑杆17上端的圆柱空心内孔和第二碳纤维支撑杆18上端的圆柱空心内孔分别与第一碳纤维支撑杆联接件16 的双法兰接口 35套装后粘接，第三碳纤维支撑杆19上端的圆柱空心内孔和第五碳纤维支撑杆25上端的圆柱空心内孔分别与第五碳纤维支撑杆联接件27的双法兰接口 35套装后粘接，第四碳纤维支撑杆M上端的圆柱空心内孔和第六碳纤维支撑杆26上端的圆柱空心内孔分别与第六碳纤维支撑杆联接件观的双法兰接口 35套装后粘接，第二碳纤维支撑杆 18下端的圆柱空心内孔和第三碳纤维支撑杆19下端的圆柱空心内孔分别与第二碳纤维支撑杆联接件20的双法兰接口 35套装后粘接，第一碳纤维支撑杆17下端的圆柱空心内孔和第六碳纤维支撑杆沈下端的圆柱空心内孔分别与第三碳纤维支撑杆联接件22的双法兰接口 35套装后粘接，第四碳纤维支撑杆M下端的圆柱空心内孔和第五碳纤维支撑杆25下端的圆柱空心内孔分别与第四碳纤维支撑杆联接件23的双法兰接口 35套装后粘接，形成封闭的环形碳纤维桁架式支撑结构。工作原理说明本发明中环形碳纤维桁架式支撑结构采用上、下碳纤维支撑环、预埋块、空心圆柱形的碳纤维支撑杆、具有呈60°分布的双法兰接口的碳纤维支撑杆联接件， 通过六个预埋块实现六个碳纤维支撑杆联接件与上碳纤维支承环和下碳纤维支承环联接， 通过六个碳纤维支撑杆联接件将六根碳纤维支撑杆逐次首尾相接，形成封闭的环形碳纤维桁架式支撑结构。本发明的积极效果由于广泛采用碳纤维材料，减轻了桁架式支撑结构的重量； 采用封闭的环形支撑结构，显著地提高了桁架式支撑结构的刚度和强度；易加工、且定位精度高，有利于促进桁架式支撑在同轴三反空间光学系统的广泛应用。
图1是已有技术轻型空间遥感器支撑桁架结构的示意图2是图1的俯视图；图3是本发明的结构示意图；图4是图3的俯视图；图5是图3的仰视图；图6是碳纤维支撑杆结构的剖视示意图；图7是碳纤维支撑杆联接件结构的剖视示意图；图8是碳纤维支撑杆与碳纤维支撑杆联接件的套接结构剖视示意图。
具体实施例方式本发明按图3、图4和图5所示的结构实施，本发明的技术方案中包括第一碳纤维支撑环15、第一碳纤维支撑杆联接件16、第一碳纤维支撑杆17、第二碳纤维支撑杆18、第三碳纤维支撑杆19、第二碳纤维支撑杆联接件20、第二碳纤维支撑环21、第三碳纤维支撑杆联接件22、第四碳纤维支撑杆联接件23、第四碳纤维支撑杆M、第五碳纤维支撑杆25、第六碳纤维支撑杆26、第五碳纤维支撑杆联接件27、第六碳纤维支撑杆联接件观、第一预埋件四、第二预埋件30、第三预埋件31、第四预埋件32、第五预埋件33和第六预埋件34。其中，两个碳纤维支撑环、六个碳纤维支撑杆联接件、六根碳纤维支撑杆均采用碳纤维材料， 六个预埋件采用钛合金材料。第一预埋件四、第二预埋件30和第三预埋件31呈120°等角度分布在上碳纤维支撑环15上，并用胶粘接；第四预埋件32、第五预埋件33和第六预埋件34呈120°等角度分布在下碳纤维支撑环21上，并用胶粘接。上碳纤维支撑环15与下碳纤维支撑环21结构相同，从上向下俯视，则上部的碳纤维支撑环15上的第一预埋件29、 第二预埋件30和第三预埋件31的位置与下部的碳纤维支撑环21上的第五预埋件33、第四预埋件32和第六预埋件34呈60°交错放置。第一碳纤维支撑杆联接件16与第二预埋件 30通过螺钉连接，第二碳纤维支撑杆联接件20与第五预埋件33通过螺钉连接，第三碳纤维支撑杆联接件22与第四预埋件32通过螺钉连接；第四碳纤维支撑杆联接件23与第六预埋件34通过螺钉连接，第五碳纤维支撑杆联接件27与第一预埋件四通过螺钉连接，第六碳纤维支撑杆联接件观与第三预埋件31通过螺钉连接。两根碳纤维支撑杆的圆柱内孔分别直接套在碳纤维支撑杆联接件的两个法兰接口上，然后粘胶固定，如图6所示。第一碳纤维支撑杆17上端和第二碳纤维支撑杆18的上端与第一碳纤维支撑杆联接件16粘接，第三碳纤维支撑杆19的上端和第五碳纤维支撑杆25的上端与第五碳纤维支撑杆联接件27粘接，第四碳纤维支撑杆M的上端和第六碳纤维支撑杆26的上端与第六碳纤维支撑杆联接件观粘接，第二碳纤维支撑杆18的下端和第三碳纤维支撑杆19的下端与第二碳纤维支撑杆联接件20粘接，第一碳纤维支撑杆17的下端和第六碳纤维支撑杆沈的下端与第三碳纤维支撑杆联接件22粘接，第四碳纤维支撑杆M的下端和第五碳纤维支撑杆25的下端与第四碳纤维支撑杆联接件23粘接，形成封闭的环形碳纤维桁架式支撑结构。
权利要求
1. 一种同轴三反空间光学系统环形碳纤维桁架支撑结构，包括上碳纤维支撑环(15)、 第一碳纤维支撑杆(17)、第二碳纤维支撑杆(18)、第三碳纤维支撑杆(19)、第四碳纤维支撑杆(M)、第五碳纤维支撑杆(25)、第六碳纤维支撑杆( )、第一预埋件( )、第二预埋件(30)、第三预埋件(31)；其特征在于还包括第一碳纤维支撑杆联接件(16)、第二碳纤维支撑杆联接件(20)、下碳纤维支撑环(21)、第三碳纤维支撑杆联接件(22)、第四碳纤维支撑杆联接件(23)、第五碳纤维支撑杆联接件(27)、第六碳纤维支撑杆联接件(观)、第四预埋件(32)、第五预埋件(3 和第六预埋件(34)；本发明中环形碳纤维桁架式支撑结构的上、下两端分别采用上碳纤维支撑环(1 和下碳纤维支撑环(21)，在上部的上碳纤维支撑环(1 上镶嵌着呈120°等角度分布的第一预埋件09)、第二预埋件(30)和第三预埋件(31)，并与上碳纤维支撑环(1 用胶粘接，在下部的下碳纤维支撑环上镶嵌着呈 120°等角度分布的第四预埋件(32)、第五预埋件(3 和第六预埋件(34)，并与下碳纤维支撑环用胶粘接；上碳纤维支撑环(1 与下碳纤维支撑环规格相同且同轴装配，从上向下俯视，上部的碳纤维支撑环(1 上的第一预埋件( )、第二预埋件(30)和第三预埋件(31)的位置与下部的碳纤维支撑环上的第五预埋件(33)、第四预埋件(32) 和第六预埋件(34)呈60°交错放置；第一碳纤维支撑杆联接件(16)的底面与第二预埋件 (30)通过螺钉连接，第二碳纤维支撑杆联接件OO)的底面与第五预埋件(3 通过螺钉连接，第三碳纤维支撑杆联接件0 的底面与第四预埋件(3 通过螺钉连接；第四碳纤维支撑杆联接件的底面与第六预埋件(34)通过螺钉连接，第五碳纤维支撑杆联接件(XT) 的底面与第一预埋件09)通过螺钉连接，第六碳纤维支撑杆联接件08)的底面与第三预埋件(31)通过螺钉连接；碳纤维支撑杆采用空心圆柱杆结构，碳纤维支撑杆联接件的结构采用截面为顶角120°的等边三角形的三棱柱体结构，在三棱柱体两个侧面的中心位置上， 分别设有一个与所在侧面呈90°的圆柱形空心法兰接口(35)，两个圆柱形空心法兰接口 (35)形成呈60°分布的双法兰接口结构；两根碳纤维支撑杆的空心圆柱内孔分别套在碳纤维支撑杆联接件的两个法兰接口上，然后粘胶固定，即第一碳纤维支撑杆(17)上端的圆柱空心内孔和第二碳纤维支撑杆(18)上端的圆柱空心内孔分别与第一碳纤维支撑杆联接件(16)的双法兰接口(3 套装后粘接，第三碳纤维支撑杆(19)上端的圆柱空心内孔和第五碳纤维支撑杆0 上端的圆柱空心内孔分别与第五碳纤维支撑杆联接件(XT)的双法兰接口(3 套装后粘接，第四碳纤维支撑杆04)上端的圆柱空心内孔和第六碳纤维支撑杆 (26)上端的圆柱空心内孔分别与第六碳纤维支撑杆联接件08)的双法兰接口(3 套装后粘接，第二碳纤维支撑杆(18)下端的圆柱空心内孔和第三碳纤维支撑杆(19)下端的圆柱空心内孔分别与第二碳纤维支撑杆联接件OO)的双法兰接口(3 套装后粘接，第一碳纤维支撑杆(17)下端的圆柱空心内孔和第六碳纤维支撑杆06)下端的圆柱空心内孔分别与第三碳纤维支撑杆联接件0 的双法兰接口(3 套装后粘接，第四碳纤维支撑杆04)下端的圆柱空心内孔和第五碳纤维支撑杆0 下端的圆柱空心内孔分别与第四碳纤维支撑杆联接件的双法兰接口(3 套装后粘接，形成封闭的环形碳纤维桁架式支撑结构。
全文摘要
一种同轴三反空间光学系统环形碳纤维桁架支撑结构，属于空间遥感技术领域的桁架支撑结构。要解决的技术问题是提供一种同轴三反空间光学系统环形碳纤维桁架支撑结构，技术方案包括上、下碳纤维支撑环、第一至第六碳纤维支撑杆、第一至第六碳纤维支撑杆联接件、第一至第六预埋件。该结构的上、下两端分别采用规格相同且同轴装配的镶嵌着呈120°分布的预埋件的上、下碳纤维支撑环；碳纤维支撑杆采用空心圆柱杆结构，碳纤维支撑杆联接件具有呈60°分布的双法兰接口结构；两根碳纤维支撑杆的空心圆柱内孔分别套在碳纤维支撑杆联接件的两个法兰接口上粘胶固定，形成封闭的环形碳纤维桁架式支撑结构。该结构重量轻、刚度强度高、定位精度高。
文档编号G02B7/182GK102323655SQ201110270130
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者姚劲松, 张雷, 贾学志, 邢利娜, 金光 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所