一种微变形高谐振频率的主次镜支架的制作方法

本发明属于航天光学镜片支撑装置领域，具体涉及一种大跨度微变形高谐振频率的主次镜支架。

背景技术：

目前，航天光学工程领域中，尤其是大口径同轴光学系统中，主次镜的光学间隔要求较大，光学间隔精确度要求较高，且要求较高的主次镜同轴度和较小的遮拦比。为了保证系统具有较小的遮拦比，支撑结构一般是由若干支撑筋对次镜进行支撑固定，由于支撑筋刚性不足，造成主次镜支架谐振频率较低，外界的振动或者热应变会造成次镜与主镜的光轴偏离，形成像差，影响整个系统的观测指标。如果主次镜支架设计余量不足，在力学环境振动考核试验过程中甚至造成光学载荷失效报废。

在常规支撑结构中，次镜组件通过镜筒与主镜连接，镜筒热胀冷缩，会造成主次镜光学间隔的变化和系统光轴的偏移，造成光学载荷最佳像面的位置随温度变化，现有的装置在载荷后端添加动态调焦机构来解决上述问题，动态调焦机构根据温度参数的变化，进行最佳成像焦面调节，以保证最佳的光学指标，但是由于在轨空间环境的复杂性，动态调焦机构失效的风险较高，并且调焦机构也增加了载荷的质量，使主次镜支撑装置结构复杂、成本增加，不符合航天轻量化设计要求。同时，光学系统所有的支撑结构件全部采用密度较大的微热应变材料制成，造光学成载荷质量过大。

技术实现要素：

为了解决现有的主次镜支撑装置结构复杂、成本较高、谐振频率较低的问题，本发明提出了一种大跨度微应变高谐振频率的主次镜支架，该主次镜支架在保证较小的热应变的前提下，具有较高的谐振频率和较小的重量，保证了光学系统指标的稳定性。

本发明的技术方案是：

一种微变形高谐振频率的主次镜支架，包括同轴设置的主镜支撑座和次镜支撑座，还包括三根支撑翼和三根加强筋；主镜支撑座为圆环结构，次镜支撑座为中空圆锥台结构，次镜支撑座的端面设置有安装次镜的通孔；三根支撑翼的一端等间距固定设置在主镜支撑座上；三根支撑翼的另一端等间距固定设置在次镜支撑座上，结合结构力学分析，当三根支撑翼与次镜支撑座的圆锥面相切形成偏置式支撑时，次镜支架具有较高的谐振频率，从次镜支撑座的轴向看，三根支撑翼与次镜支撑座的圆锥面相切的部分形成一个小三角，该小三角也是次镜支撑座的边缘；三根加强筋分别设置在相邻支撑翼的中部。

进一步地，次镜支撑座上还设置有减重孔。减重孔不仅可以减轻支架的整体重量，并且增加了系统有效的通光面积,减小光学系统的遮拦比。

进一步地，主镜支撑座、次镜支撑座、支撑翼和加强筋均采用低热膨胀系数的金属材料或者碳纤维复合材料制成，将系统的最佳焦面的漂移位移量缩小在可接受范围类，低热膨胀系数的金属材料制造成本相对较低,加工周期短，重量也相比较轻。

进一步地，主镜支撑座、次镜支撑座、支撑翼和加强筋为低热膨胀系数的金属材料时通过铸造一体成型，保证了支架整体的结构稳定性。

进一步地，主镜支撑座、次镜支撑座、支撑翼和加强筋均采用铁镍合金制成，使支架具有较小的成本。

进一步地，为保证支架整体的结构稳定性，三根加强筋设置在同一平面上，使支架的结构稳定性更好。

本发明的优点为：

1.本发明通过2个大小三角使支架具有较好的结构稳定性，可以有效提高大跨度主次镜支架的谐振频率。

2.本发明无运动部件，具有成本低、在轨运行安全系数高和重量较小的优势。

3.通过低热膨胀系数的金属材料，将系统的最佳焦面的漂移位移量缩小在可接受范围类，低热膨胀系数的金属材料制造成本相对较低,加工周期短，重量也相比较轻。

4.本发明中的减重孔不仅可以减轻支架的整体重量，并且增加了系统有效的通光面积,减小光学系统的遮拦比。

5.本发明主次镜支架采用铸造一体成型，保证了支架整体的结构稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例的结构简图一；

图2为图1的轴向视图；

图3为本发明实施例的结构简图二；

图4为本发明实施例的结构简图三。

附图标记：1-支撑翼，2-加强筋，3-大三角，4-小三角，5-主镜支撑座，6-次镜支撑座，7-减重孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

如图1所示，本发明的微变形高谐振频率的主次镜支架包括同轴设置的主镜支撑座5和次镜支撑座6，主镜支撑座5为圆环结构，次镜支撑座6为中空圆锥台结构，两支撑座通过三根支撑翼1连接在一起，相邻支撑翼之间又设有加强筋2，其中三根支撑翼1沿圆周均布于主、次镜支撑座之间。各支撑翼的一端与主镜支撑座固连，另一端与次镜支撑座的圆锥面相切，即从次镜支撑座的轴向看，支撑翼与次镜支撑座的圆锥面相切部分形成一个小三角4，该小三角4也是次镜支撑座一端的边缘，次镜支撑座的另一端为圆孔，用于安装次镜。三根加强筋2设置在同一平面上，即它们首尾相接，形成一个大三角3。

次镜支撑座6上设置有减重孔7。减重孔7不仅可以减轻支架的整体重量，并且增加了系统有效的通光面积,减小光学系统的遮拦比。三根加强筋2分别固定设置在相邻支撑翼的中部,应用有限元分析软件,将加强筋2的位置设为变量参数,求解优化谐振频率,依据较高的谐振频率,最终确定加强筋2的设置位置。

主镜支撑座5、次镜支撑座6、支撑翼1和加强筋2均采用低热膨胀系数的金属材料或者碳纤维复合材料制成，实现微热应变设计。为保证支架结构的稳定性，主次镜支架采用低热膨胀系数的金属材料时铸造一体成型。

如图2所示，本发明提供一种大跨度微应变高谐振频率的主次镜支架，支架整体采用铁镍合金加工成型，支撑结构采用三根支撑翼1，支撑翼1与次镜支撑座的圆锥面采用相切的偏置式支撑形式，三根支撑翼1与次镜支撑座6的圆锥面相切的部分形成一个小三角4，使支撑结构的谐振频率得以提高，三根支撑翼1中部通过三根加强筋2连接，在支撑翼1中部形成一个大三角3，利用前后大小两个三角的结构稳定性，可以有效提高大跨度主次镜支架的谐振频率，并且通过低热膨胀系数的金属材料，将系统的最佳焦面的漂移位移量缩小在可接受范围类，低热膨胀系数的金属材料价格低，加工成型周期短，使本发明具有成本低，在轨运行安全系数高和重量较小的优势。

如图3、图4所示，支撑翼1为板条状，其结构参数为：宽度b1、厚度h1；加强筋2为板条状，结构参数为：宽度b2、厚度h2；在保证光学系统遮拦比指标要求的前提下，通过有限元分析软件,设置一定的温变条件，以谐振频率f和次镜相对偏移位移d和为优化目标函数,支撑翼1和加强筋2的四个参数进行优化分析,综合分析结果，得到较高的谐振频率fmax和较小的dmin。通过以上设计和优化分析手段等措施，使得大跨度的主次镜支架具有较高的谐振频率、微热应变、研制成本低、研制周短、产品重量轻，安全系数高的特点。

本发明的保护范围不限于本发明的具体实施方式，对于本技术领域的技术人员而言，在本发明的启示下，能够从本发明公开内容中直接导出联想一些原理和结构相同的基本变形，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征相同的相互不同组合、相同或相似技术效果的技术特征简单改换，都属于本发明技术的保护范围。