一种空间光学遥感器碳纤维支撑桁架连接接头及支撑桁架的制作方法

本发明属于空间光学遥感技术领域，特别涉及一种空间光学遥感器碳纤维支撑桁架。

背景技术：

随着高分辨率空间光学遥感器逐步向大口径、长焦距方向发展，对主反射镜与次反射镜之间位置公差提出的要求也更为苛刻，甚至达到了微米量级。这就要求主次镜间的支撑结构具备质量轻，结构刚度大，热稳定性高，易于加工装配等特点。尤其对于数米量级的支撑装置来说，传统整体框架式结构很难同时满足上述需求。

近年来，广泛应用的空间桁架结构对于解决上述问题有较大的优势。但通常桁架结构采用如下方式：碳纤维桁架杆端部套接至金属(殷钢/钛合金)接头上，首尾相连，金属接头再通过螺钉连接至支撑框架。上述解决方式存在以下缺点：

1、桁架连接件多采用金属件(殷钢或钛合金)，不利于光学遥感器的减重设计。且桁架尺寸越大，涉及的连接件数量越多，连接件重量在桁架中所占的比重越高。

2、金属接头线膨胀系数较大，不利于桁架整体稳定性的提高。

也有利用一体式碳纤维接头代替上述金属接头来减轻桁架重量的方案，但是为适应各桁架杆的角度，接头与桁架杆定位面的朝向通常较为复杂，与装配基准面形成二面角，加工难度大，成本高，稳定性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种空间光学遥感器碳纤维支撑桁架连接接头及碳纤维支撑桁架，进一步提高桁架设计的刚度强度、在轨稳定性、轻量化率及加工装配性能等。

本发明的技术解决方案是提供一种空间光学遥感器碳纤维支撑桁架连接接头，其特殊之处在于：包括底部连接板、两个双杆连接侧板、两个单杆连接侧板及杆间加强件；

两个双杆连接侧板相对固定在底部连接板上，两个单杆连接侧板相对固定在底部连接板上，形成支撑桁架杆安装空间，杆间加强件位于支撑桁架杆安装空间内，将支撑桁架杆安装空间分割为第一安装空间与第二安装空间，第一安装空间与第二安装空间的空间形状与待固定的支撑桁架杆两端形状匹配，固定支撑桁架时，支撑桁架杆的外壁分别与双杆连接侧板、单杆连接侧板及杆间加强件紧密贴合固定。

进一步地，连接接头均采用碳纤维复合材料，碳纤维具有高比刚度、高比强度，热稳定性高等优点，使整体桁架的力热稳定性大幅提升。

进一步地，双杆连接侧板及单杆连接侧板均具有折边，通过折边粘接在底部连接板上；杆间加强件为v型角盒，其前后两个面为v型，左右两个面为矩形。各零部件加工难度小，成本低，精度易保证。

本发明还提供一种空间光学遥感器碳纤维支撑桁架，包括底部支撑框、支撑桁架杆及顶部支撑框；

其特殊之处在于：

还包括设置在底部支撑框与顶部支撑框上的连接接头，位于底部支撑框及顶部支撑框的连接接头在水平投影面上呈交错布置，周向相位角均匀分布，径向位置一致；

上述支撑桁架杆通过连接接头设置在底部支撑框与顶部支撑框之间；

相邻两个支撑桁架杆一端固定在同一个位于顶部支撑框的连接接头或位于底部支撑框的连接接头内，另一端分别固定在相邻的两个位于底部支撑框的连接接头或位于顶部支撑框的连接接头内；

上述连接接头包括底部连接板、两个双杆连接侧板、两个单杆连接侧板及杆间加强件；

两个双杆连接侧板相对固定在底部连接板上，两个单杆连接侧板相对固定在底部连接板上，形成支撑桁架杆安装空间；相邻两个支撑桁架杆固定在支撑桁架杆安装空间内，杆间加强件位于两支撑桁架杆之间，支撑桁架杆的外壁分别与双杆连接侧板、单杆连接侧板及杆间加强件紧密贴合固定。

进一步地，双杆连接侧板及单杆连接侧板均具有折边，通过折边粘接在底部连接板上；杆间加强件为v型角盒，相对的两个v字型面与桁架杆粘接。连接接头各零部件结构形式均为简单的l型弯板或v型角盒，加工难度小，成本低，精度易保证。

进一步地，上述桁架涉及的所有零部件均为碳纤维复合材料制作，连接接头与支撑桁架杆粘接固定。

上述支撑桁架杆为空心杆，中部为圆管状，两端外截面为方形；支撑桁架杆的四个侧壁分别与双杆连接侧板、单杆连接侧板及杆间加强件面面紧密贴合固定。其中两个双杆连接侧板分别与相邻两根支撑桁架杆的前后两侧粘接；上述其中一个单杆连接侧板与一根桁架杆左侧面粘接，另一个单杆连接侧板与另一根桁架杆右侧面粘接；杆间加强件四周分别粘接至桁架杆内侧面及相邻的双杆连接侧板上，以提高两桁架件间的连接刚度。

进一步地，底部连接板采用螺钉连接至顶部支撑框及底部支撑框内部的预埋件上(支撑框成型时提前预埋)。

本发明的有益效果是：

1、本发明将支撑框架与桁架杆之间的连接接头，离散为多个形状简单、加工容易的连接板，简化了接头设计；

2、连接接头采用碳纤维复合材料制作，降低了桁架接头的整体质量；

3、连接板采用具有折边的l型弯板，从复合材料加工角度来看，l型弯板更容易满足低线胀高稳定性的设计要求；

4、桁架结构采用全碳纤维复合材料制作，易达到质量轻，结构刚度大，热稳定性高的目的；

5、支撑桁架杆两端部截面为方形，与连接接头之间为平面粘接，和常规的柱面连接相比，平面度易保证，装配应力低。

附图说明

图1为实施例中空间光学遥感器碳纤维支撑桁架轴侧示意图；

图2为图1的主视图；

图3为空间光学遥感器碳纤维支撑桁架连接接头结构示意图；

图4为空间光学遥感器碳纤维支撑桁架连接接头爆炸图；

图中附图标记为：1-顶部支撑框，2-支撑桁架杆，3-连接接头，31-底部连接板，32-单杆连接侧板，33-双杆连接侧板，34-杆间加强件，4-底部支撑框。

具体实施方式

本发明的核心思想是采用全碳纤维桁架实现光学遥感器支撑结构质量轻，结构刚度大，热稳定性高，易于加工装配的目标。在桁架连接方面，采用离散的l型连接板代替传统一体式金属接头，并通过将桁架杆与接头连接位置设计为方形截面形式，简化了接头设计，提高了连接接头与桁架杆的连接强度，降低了桁架接头的整体质量。

以下结合附图和具体实施方式进行进一步的详细说明：

由图4可知，本实施例空间光学遥感器碳纤维支撑桁架连接接头为碳纤维复合材料，碳纤维高比刚度、高比强度，热稳定性高等的优点，使整体桁架的力热稳定性大幅提升，主要包括底部连接板31、两个双杆连接侧板33、两个单杆连接侧板32及杆间加强件34；双杆连接侧板33及单杆连接侧板32均具有折边，即双杆连接侧板33及单杆连接侧板32均为l型弯板；杆间加强件为v型角盒，加工难度小，成本低，加工精度易保证。

从图3可以看出，两个双杆连接侧板33通过折边相对地粘接在底部连接板31上，两个单杆连接侧板32通过折边相对地粘接在底部连接板31上，粘接固定完成之后形成支撑桁架杆安装空间，杆间加强件34位于支撑桁架杆安装空间内，其相对的两个平行面与两个双杆连接侧板33的内壁粘接，将支撑桁架杆安装空间分割为第一安装空间与第二安装空间，第一安装空间与第二安装空间的空间形状与待固定的支撑桁架杆两端形状匹配，固定支撑桁架时，支撑桁架杆的外壁分别与双杆连接侧板、单杆连接侧板及杆间加强件紧密贴合固定。

从图1及图2可以看出，本实施例空间光学遥感器碳纤维支撑桁架包括底部支撑框4、支撑桁架杆2、顶部支撑框1及连接接头3，采用螺钉将连接接头3中的底部连接板31固定在顶部支撑框1及底部支撑框4内部的预埋件上，位于底部支撑框4与顶部支撑框1的连接接头3在水平投影面上呈交错布置，周向相位角均匀分布，径向位置一致；相邻两个支撑桁架杆2一端固定在同一个位于顶部支撑框1的连接接头3或位于底部支撑框4的连接接头3的支撑桁架杆安装空间内，另一端分别固定在相邻的两个位于底部支撑框4的连接接头3或位于顶部支撑框1的连接接头3的支撑桁架杆安装空间内。

本实施例中支撑桁架杆2为空心杆，中部为圆管状，两端外截面为方形，支撑桁架杆2的两端固定在连接接头3内，两个双杆连接侧板33分别与相邻两根支撑桁架杆2的前后两侧粘接；两个单杆连接侧板32分别与两根桁架杆左右两侧面粘接，其中一个单杆连接侧板32的内壁与其中一根桁架杆左侧面粘接，另一个单杆连接侧板32的内壁与另一根桁架杆右侧面粘接；杆间加强件34位于两桁架杆中间，四周分别粘接至两根桁架杆2内侧面和双杆连接侧板33上，以提高两桁架杆间的连接刚度。上述桁架涉及的所有零部件均为碳纤维复合材料制作。碳纤维高比刚度、高比强度，热稳定性高等的优点，使整体桁架的力热稳定性大幅提升。

以上对本发明提供的一种空间光学遥感器碳纤维支撑桁架进行了阐述，仅用于帮助理解本发明的核心思想，类似实施例无需也无法予以穷举。因此，对本发明进行若干修饰和改进也属于本发明创造的保护范围。