本发明属于空间光学遥感技术领域，涉及一种以碳纤维复合材料制成的结构稳定、遮拦小的次镜支撑结构。
背景技术：
卡塞格林式光学系统的空间相机，次镜及其支持结构位于光线入口，主次镜间距较大，次镜安装精度要求高，因此对次镜支撑结构的比刚度、遮拦比、自重变形和振动响应等都有严格要求。传统筒式结构重量大、比刚度低、与整星结构提供的遮光功能重复；传统桁架式结构，桁架杆宽度大、遮拦比大，或桁架杆数量多、结构复杂导致衍射能量多，且不便于热控实施，影响成像质量；因此，需要一种结构形式灵活、轻量化率高、遮拦比小、结构稳定的次镜支撑结构。
技术实现要素：
本发明为了解决传统支撑结构重量大、比刚度低以及桁架杆宽度大、遮拦比大的技术问题，提供了一种空间光学遥感相机的次镜支撑结构。
本发明技术方案如下：
一种空间光学遥感相机的次镜支撑结构，包括法兰、桁架杆和桁架筒座；
所述法兰的下表面均匀设置多个法兰凸台，次镜安装在所述多个法兰凸台上；所述法兰下表面边缘均匀设置至少三个法兰嵌入接头；所述桁架杆嵌入接头和法兰嵌入接头的嵌入部位均为长方体凸起，且所述长方体凸起为中空结构；
所述桁架杆的一端通过法兰嵌入接头与法兰连接，另一端通过桁架杆嵌入接头与桁架筒座的顶部连接；所述桁架杆的横截面形状为日字型；所述桁架杆的数量为至少三个。
所述桁架筒座的底部固定多个预埋件，且均匀分布。
所述预埋件的截面为l型，预埋件的水平和竖直方向分别与桁架筒座的筒壁底面和内壁连接。
所述桁架杆和桁架筒座均采用碳纤维复合材料，所述法兰、桁架杆嵌入接头和预埋件均采用钛合金材料。
所述桁架筒座内外侧对应设置多个筒座周向加强筋，桁架筒座外侧设置多个筒座轴向加强筋；在所述法兰的上表面设置多边形的法兰加强筋，所述法兰加强筋的边数与桁架杆的数量相同。
在所述桁架筒座上粘贴加热片和热控多层。
所述法兰嵌入接头和桁架杆之间、桁架杆和桁架杆嵌入接头之间、桁架杆嵌入接头和桁架筒座之间以及桁架筒座和预埋件之间均用环氧胶粘接。
所述支撑结构的桁架杆、预埋件和桁架筒座外壁上的筒座周向加强筋的数量均为三个，桁架筒座内壁上的筒座周向加强筋的数量为两个，筒座周向加强筋的形状为圆环形，多个筒座周向加强筋的直径相同；桁架筒座外壁上的筒座轴向加强筋的组数均为三组，每组筒座轴向加强筋的数量为两个。
所述法兰的形状为圆形，法兰加强筋为三角形。
本发明的有益效果：
1、桁架筒座内部的筒座周向加强筋，不仅加强了结构的刚度，同时也提供了遮挡杂散光的能力。合理优化桁架筒座外部的筒座周向加强筋和筒座轴向加强筋，提高了筒座的刚度，同时也具有降低振动响应和提高抗冲击性能的作用。桁架筒座的内壁为热控实施提供了场所，通过粘贴加热片和热控多层，通过热辐射的方式控制桁架筒座中间的光学组件的温度，从而提高了空间相机光学组件的热稳定性。
2、桁架杆采用日字型的截面形式，与工字型和矩形截面梁进行对比，在相同横向宽度，即相同遮拦比的情况下，具有更高的抗弯刚度和抗扭刚度。在保证了次镜支撑结构整体刚度的情况下，降低了桁架杆的遮光面积，实现了遮拦小、刚度高和轻量化率高的优点。
3、在桁架筒座下端面粘接钛合金的预埋件作为安装面，钛合金的法兰通过粘接的形式与桁架杆连接，提供次镜的安装面。法兰和预埋件为复合材料为主的桁架结构提供了对外的金属安装面，经研磨加工后，保证了安装的精度和稳定性要求。桁架筒座的高度根据支撑结构的重量要求、刚度要求和自重变形要求进行优化得到，从而可以更好的兼顾各方面的性能要求，实现了结构稳定，自重变形小的优点。
附图说明
图1是本发明一种空间光学遥感相机的次镜支撑结构的立体结构示意图；
图2是本发明一种空间光学遥感相机的次镜支撑结构的纵向剖视图；
图3是本发明一种空间光学遥感相机的次镜支撑结构的法兰嵌入接头和桁架交接处的剖视图；
图4是本发明一种空间光学遥感相机的次镜支撑结构的桁架嵌入接头和桁架交接处的剖视图；
图5是本发明一种空间光学遥感相机的次镜支撑结构的法兰立体结构示意图；
图6是本发明一种空间光学遥感相机的次镜支撑结构的桁架筒座与桁架交界处的横向剖视图。
其中：1、法兰，1-1、法兰凸台，1-2、法兰嵌入接头，1-3、法兰加强筋，2、桁架杆，3、桁架杆嵌入接头，4、桁架筒座，4-1筒座周向加强筋，4-2筒座轴向加强筋，5、预埋件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1至图4所示，一种空间光学遥感相机的次镜支撑结构，包括法兰1、桁架杆2、桁架杆嵌入接头3、桁架筒座4和预埋件5。
如图5所示，圆环形的法兰1的下表面均匀设置多个法兰凸台1-1，次镜安装在所述多个法兰凸台1-1上，便于研磨后安装次镜组件，法兰凸台1-1高度较小，仅0.5mm，所述法兰1下表面的边缘均匀设置至少三个法兰嵌入接头1-2。为了增加粘接面积，提高与桁架杆2的粘接性能，桁架杆嵌入接头3和法兰嵌入接头1-2的嵌入部位均为长方体凸起，从而与桁架杆2中一个口字型空腔内壁的四个面实现粘接。长方体凸起为中空结构，中间有矩形减重槽。
如图6所示，桁架杆2的横截面形状为日字型，含有两个口字型空腔。在沿光路方向上具有相同遮拦比的情况下，具有比工字梁、矩形梁更高的刚度，提高了桁架杆2结构的整体刚度，降低了桁架杆2的遮拦比。本发明采用日字型桁架杆2和筒式桁架筒座4的结构，实现了高刚度、低遮拦、高轻量化的次镜支撑结构。
桁架杆2的一端通过桁架杆嵌入接头3与桁架筒座4的顶部连接，另一端通过法兰嵌入接头1-2与法兰1连接。桁架杆2的数量为至少三个，且均匀分布。
桁架筒座4的底部固定多个预埋件5，且均匀分布。预埋件5的截面为l型，预埋件5的水平和竖直方向分别与桁架筒座4的筒壁底面和内壁连接。
桁架杆2和桁架筒座4均采用碳纤维复合材料。法兰1、桁架杆嵌入接头3和预埋件5均采用钛合金材料，具有良好的加工性能，通过研磨可以提高法兰1和预埋件5安装面的平面度，通过研磨可以提高法兰1安装面和预埋件5安装面之间的平行度，对外提供了良好的机械接口，也降低了装调的难度。
桁架筒座4内外侧对应设置多个筒座周向加强筋4-1，桁架筒座4外侧设置多个筒座轴向加强筋4-2，构成加强筋网格状结构，提高了桁架下环的刚度，同时也具有降低振动响应和提高抗冲击性能的作用。如有刚度升级需求，桁架筒座4内侧也可设置多个筒座轴向加强筋4-2。桁架筒座4内壁有多个高度不等的筒座周向加强筋4-1，内壁上的筒座周向加强筋4-1根据光学系统的通光孔径和视场角确定内径大小，可用于遮挡视场外的光线，实现了光阑的功能，在为空间相机提供遮挡视场外光线的能力的同时可以加固桁架筒座4。在法兰1未设置凸台1-1的一面上，设置多边形的法兰加强筋1-3，法兰加强筋1-3的边数与桁架杆2的数量相同。法兰加强筋1-3对圆环形的安装法兰1和法兰嵌入接头1-2进行加固，提高结构的稳定性。
桁架筒座4也为热控实施提供了依附位置，可以在桁架筒座4上粘贴加热片和热控多层，粘贴加热片和热控多层是支撑结构使用前进行的处理，通过热辐射的方式控制桁架筒座4中间的光学组件的温度，如主镜，从而提高空间相机的热稳定性。
法兰1、桁架杆2、桁架杆嵌入接头3、桁架筒座4和预埋件5之间均用环氧胶粘接。预埋件5通过粘接的方式固定在桁架筒座4的底部，桁架杆嵌入接头3通过粘接的方式固定在桁架筒座4的顶部，法兰嵌入接头1-2和桁架杆嵌入接头3分别通过粘接的方式与桁架杆2连接，法兰1通过多根桁架杆2支撑在整个结构的前端。
本发明的次镜支撑结构使相机整体基频高于140hz，远高于100hz，使相机100hz内的正弦放大低于1.3倍，次镜的随机响应放大低于3倍。并对装调完成的相机进行了重力翻转试验，检测了系统翻转前后的波像差和主次镜间的倾角差，波像差未发生变化，主次镜倾角差变化小于20秒，满足设计和使用要求。
具体实施例一：如图1所示，桁架杆2、预埋件5和桁架筒座4外壁上的筒座周向加强筋4-1的数量均为三个，桁架筒座4内壁上的筒座周向加强筋4-1的数量为两个，且与桁架筒座4外壁上上端的两个筒座周向加强筋4-1对应。筒座周向加强筋4-1的形状为圆环形，多个筒座周向加强筋4-1的直径相同。三个桁架杆2和三个预埋件5均在支撑结构中成圆周120度均匀分布。桁架筒座4外壁上的筒座轴向加强筋4-2的组数均为三组，每组筒座轴向加强筋4-2的数量是两个。
法兰1的形状为圆形，法兰加强筋1-3为三角形。