轻型光学反射镜的柔性支撑结构的制作方法

本发明涉及空间光学遥感技术领域，具体涉及一种轻型光学反射镜的柔性支撑结构。

背景技术：

空间光学遥感器在对地观察、太空探测等领域具有重要的科学意义和经济价值。反射镜是空间光学遥感器光学系统的核心组成部分。反射镜的面形精度、安装定位精度直接影响光学系统的成像能力。反射镜由于受到重力释放、热载荷、装配误差等因素的影响，其镜面容易发生变形。而为了控制空间光学遥感器的重量，必须对反射镜进行轻量化设计。进而，反射镜的绝对刚度下降，对外界力学、热学载荷的敏感度增加，镜面保持面形精度的能力更差。因此，空间反射镜的支撑结构必须具备良好的静态、动态结构刚度，以满足反射镜对支撑稳定性的需求。同时，支撑结构也必须具备一定的柔性，以增强反射镜的热稳定性和克服装配误差的能力。

空间反射镜的柔性支撑结构一般是在刚性支撑结构上设置切槽，以引入柔性环节。由于一处切槽只能引入一个方向的柔性，为了增加柔性方向必须设置多个切槽。而多个切槽容易导致支撑结构在不同方向上的柔性回转中心位置不同，进而影响反射镜在工作方向变化时的面形精度稳定性。随着空间反射镜的轻量化程度不断提高，其相对刚度降低。轻量化程度较高的反射镜在工作方向变化时，更容易受到支撑结构柔性回转中心位置变化的影响，导致面形精度稳定性变差。

技术实现要素：

本发明为解决现有反射镜受重力、温度和装配应力作用时镜面变形大的问题，提供一种轻型光学反射镜的柔性支撑结构。

轻型光学反射镜的柔性支撑结构，包括均匀加工在轻型光学反射镜背部同一圆周上的三个支撑孔，与所述三个支撑孔配合并通过胶粘接固定的三个锥套以及通过螺钉和销钉与三个锥套固定的三个柔性支撑单元；所述柔性支撑单元包括底部安装座、刚性支柱、过渡结构、柔性杆和顶部连接平台；所述柔性杆一端通过所述过渡结构与所述刚性支柱连接，另一端与所述顶部连接平台连接；所述底部安装座、刚性支柱、柔性杆以及顶部连接平台的中心轴线重合；所述刚性支柱设置减重腔；所述过渡结构设置装配工艺孔；所述柔性杆两端具有圆角I和圆角II。

本发明的有益效果：本发明所述的轻型光学反射镜的柔性支撑结构通过底部安装座上的螺钉通孔与空间光学遥感器承力结构的机械接口连接，并通过销钉孔与承力结构配作销钉实现定位。保证反射镜工作方向变化、工作环境温度变化以及存在装配误差时，反射镜面形精度均方根RMS值保持稳定且在允许范围内。

轻型光学反射镜的柔性支撑结构共有三处呈120°圆周均布的柔性支撑单元，每处柔性支撑单元具有柔性杆。柔性杆沿任意径向方向具有相同的柔度。当空间光学遥感器受到重力、温度变化的作用以及存在装配误差时，反射镜和遥感器承力结构的变形量和变形方向不一致。柔性杆通过自身的弹性变形，协调反射镜和承力结构之间的变形差异，避免反射镜内部产生应力而导致面形精度恶化。柔性杆弯曲回转中心不受弯曲变形方向的影响，相当于在反射镜支撑结构中引入一个回转中心稳定且具有两个正交方向转动自由度的球铰链。三个柔性杆确保了反射镜不被过约束，有效实现了反射镜的安装定位。同时，当反射镜所受到的重力方向变化时，支撑结构支反力的作用位置稳定，反射镜的面形精度变化量较小。对于重量分布不同的反射镜，能够通过调节柔性杆的长度、外径以及在柔性单元中的位置，以达到良好的面形精度。柔性杆两端的圆角能够有效避免应力集中现象。

本发明中的柔性支撑单元结构简单，加工和装配容易，无需维护，工作稳定可靠，能够保证反射镜的面形精度在外界载荷作用下保持稳定且在允许范围之内。

附图说明

图1为本发明的轻型光学反射镜的柔性支撑结构的总体示意图；

图2为本发明的轻型光学反射镜的柔性支撑结构中装配关系的爆炸示意图；

图3为本发明的一种轻型光学反射镜的柔性支撑结构中柔性支撑单元的轴测图；

图4为本发明的轻型光学反射镜的柔性支撑结构中柔性支撑单元的示意图；

图5为本发明的轻型光学反射镜的柔性支撑结构中柔性支撑单元的正视图；

其中：1、光学反射镜，2、支撑孔，3、锥套，4、柔性支撑单元，5、底部安装座，6、刚性支柱，7、过渡结构，8、柔性杆，9、顶部连接平台，10、装配工艺孔，11、减重腔，12、圆角I，13、圆角II。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图5说明本实施方式，轻型光学反射镜的柔性支撑结构，包括均匀加工在轻型光学反射镜1背部同一圆周上的三处支撑孔2；分别与三处支撑孔2胶粘接的三个锥套3；分别通过螺钉和销钉与三个锥套3固定的三个柔性支撑单元4；所述支撑孔2与所述锥套3的锥度相等。

所述柔性支撑单元4包括底部安装座5、刚性支柱6、过渡结构7、柔性杆8和顶部连接平台9；所述柔性杆8一端通过所述过渡结构7与所述刚性支柱6连接，另一端与所述顶部连接平台9连接；所述底部安装座5、刚性支柱6、柔性杆8以及顶部连接平台9具有重合的中心轴线。所述柔性支撑单元4为一体式结构。

本实施方式中所述的光学反射镜1的外直径为624mm，边缘厚度为97.5mm，中心孔直径为148mm。光学反射镜1所采用的材料为反应烧结凝胶注模S iC材料，镜体背部为开放式轻量化结构。在光学反射镜1背部一体铸造并加工出在同一圆周上呈120°均匀布置的三处支撑孔2。三个锥套3由铟钢合金材料加工而成，该铟钢合金材料的线膨胀系数和光学反射镜1的材料相匹配。

三个锥套3分别对应三处支撑孔2，并经过研磨和配研使相配合的锥套3和支撑孔2具有相同的锥度。锥套3和支撑孔2通过胶粘接固定。三个柔性支撑单元4通过螺钉与三处锥套连接后配作销钉。过渡结构7加工装配工艺孔10，用于拧紧螺钉和配作销钉。柔性支撑单元4的柔性杆8的表面经研磨后达到粗糙度要求。柔性杆8两端具有半径为2mm的圆角I 12和圆角II 13，可有效避免应力集中。利用柔性杆8的弯曲弹性变形，柔性支撑单元4的顶部连接平台9和刚性支柱6之间能够产生微小位移，用于减小反射镜因温度变化和装配误差引起的内应力。三个柔性支撑单元4和三个锥套3完成装配后，修研底部安装座5的底面，达到平面度要求。一体加工出的柔性支撑单元4确保了支撑效果的稳定性和可靠性。