一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构

1.本发明属于高精密光学元件装调和检测技术技术领域，涉及一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构。


背景技术：

2.空间遥感相机随着航天技术的不断发展需要做到更高地元分辨率以及更优的动态传递函数，来获得更加清晰全面的地面图像，为更多领域提供数据来源。目前国内外对于轻量化反射镜的研制已经有了很大进展，而相机主支撑结构的轻量化设计因其结构复杂处于滞后状态，然而主支撑结构在相机整体质量中占据很大比重，同时主支撑结构起着安装、定位空间相机各组件，保证各光学元件位置精度的作用，对相机能否良好成像具有决定性作用。
3.空间相机的支撑结构主要有薄壁筒式、盒式、支撑杆式、框架式、桁架式等形式。各种支撑结构形式各有其特点，在实际应用中，需要根据相应的设计需求来选择合适的支撑方案，其中桁架式支撑结构的特点是比刚度高、装配灵活、形式简单，具有很强的可设计性，普遍适用于大中型、单反和多反、同轴以及离轴空间相机中。以往桁架结构大多数是由金属材料制成，密度高、质量大、动态刚性差，从而导致降低了它们所能承受的有效载荷。
4.在发射过程中，复杂的热力学环境会产生未知的影响，因此要对空间相机的支撑结构在刚度、力学、热稳定性等方面有很高的要求，现有支撑结构方案需要结合实际应用需求进一步优化改进，以确保空间相机在运载、装调以及太空作业的工作中都能正常工作。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
7.一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构，包括桁架组件、背板组件和次镜支撑组件，所述桁架组件设置在背板组件和次镜支撑组件之间，所述桁架组件由双层桁架杆、中间支撑环和预埋连接件组成，次镜支撑组件设置在中间支撑环的顶部，所述次镜支撑组件为次镜室，所述双层桁架杆由上层桁架杆和下层桁架杆组成，所述上层桁架杆采用三杆支撑形式，所述上层桁架杆的一端通过次镜室均布的连接凸台与次镜室连接，上层桁架杆的另一端与中间支撑环连接，其横截面为长方形，三个所述上层桁架杆均布在次镜室和中间支撑环之间，起连接作用，所述背板组件由背板主体和主镜头组成，所述主镜头设置在背板主体的顶部。
8.在上述的一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构中，所述下层桁架杆采用空心圆柱杆结构设计，具体为碳纤维支撑杆结构，且数量设置为六组。
9.在上述的一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构中，其中两根所述碳纤维支撑杆的空心圆柱分别套在连接预埋件中粘胶固定，六个桁架杆首尾相接，相邻两个碳纤维支
撑杆分别与同一个中间支撑环底部的预埋连接件连接，另一端与背板上相邻的预埋连接件的其中一个预埋端相连接。
10.在上述的一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构中，所述预埋连接件的材料为钛合金材料，所述预埋连接件由两个预埋端和连接法兰组成，两个所述预埋端对称设置在连接法兰的顶部两侧，且与连接法兰为一体。
11.在上述的一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构中，所述预埋端的形状为管状，所述预埋端的内壁直径大于碳纤维支撑杆的外径。
12.在上述的一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构中，所述背板主体上以及中间支撑环底部均匀固定了三个预埋连接件，背板主体与中间支撑环上的预埋连接件在水平投影面上呈交错分布，周向相位角均匀分布，径向位置一致。
13.在上述的一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构中，所述中间支撑环选用的材料为钛合金材料，中间支撑环主要是作为过渡结构，用于连接上下两层桁架杆，其横截面为凹字形，且在中间支撑环底板上均匀分布了三个预埋件凸台底孔，对三个预埋连接件的相对位置进行固定。
14.与现有技术相比，本发明一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构的优点为：
15.采用了一种双层的桁架支撑结构形式，在空间相机主次镜之间距离大于600mm的情况下，相对于继续采用相对简单的单层三杆式桁架支撑结构，该发明既能满足空间相机所需强度、刚度等指标的要求，又能保证主次镜之间的相对位置关系，上层采用的三杆式支撑形式一定程度上降低了结构的设计难度，同时也节省了一部分的材料消耗，降低了生产成本。
附图说明
16.图1为本发明一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构的立体结构示意图。
17.图2为本发明上层桁架杆的示意图。
18.图3为本发明下层桁架杆的示意图。
19.图4为本发明预埋连接件的示意图。
20.图5为本发明预埋连接件剖视图。
21.图6为本发明中间支撑环的示意图。
22.图7为本发明总体架构的剖视图及俯视图。
23.图中，1、中间支撑环；2、上层桁架杆；3、下层桁架杆；4、预埋连接件；5、背板本体；6、次镜室。
具体实施方式
24.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
25.一种高分辨空间相机碳纤维桁架支撑结构，包括桁架组件、背板组件和次镜支撑组件，所述桁架组件设置在背板组件和次镜支撑组件之间，所述桁架组件由双层桁架杆、中间支撑环1和预埋连接件组成，次镜支撑组件设置在中间支撑环1的顶部，所述次镜支撑组件为次镜室，所述双层桁架杆由上层桁架杆2和下层桁架杆3组成，所述上层桁架杆采用三
杆支撑形式，所述上层桁架杆的一端通过次镜室6均布的连接凸台与次镜室6连接，上层桁架杆的另一端与中间支撑环1连接，其横截面为长方形，三个所述上层桁架杆均布在次镜室6和中间支撑环1之间，起连接作用，所述背板组件由背板主体和主镜头组成，所述主镜头设置在背板主体的顶部。
26.本发明所设计的支撑结构从实际应用的角度出发，针对空间相机主次镜间距大的情况，提供了一种空间光学相机碳纤维桁架支撑结构，其特殊之处在于：通过中间支撑环1连接的双层支撑环结构。
27.空间相机整体设计结构示意图如图1所示，主要由桁架组件、背板组件和次镜支撑组件组成，所设计的桁架支撑结构主要由双层桁架杆、中间支撑环1及预埋连接件4组成。
28.双层桁架杆示意图如图2所示，桁架杆采用的材料均为碳纤维复合材料，碳纤维具有高比刚度、高比热度、热稳定性高等优点，可以很大程度上减轻空间相机整体的质量，同时使整体桁架的力热稳定性大幅提升，确保了结构的稳定性和高刚度。
29.上层桁架杆2采用三杆支撑形式，一端通过次镜室6均布的连接凸台与次镜室6连接，另一端与中间支撑环1连接，其横截面为长方形，三个桁架杆均布在次镜室6和中间支撑环1之间，起连接作用，下层碳纤维支撑杆采用空心圆柱杆结构，数量为六个，两根碳纤维支撑杆的空心圆柱分别套在连接预埋件中粘胶固定，六个桁架杆首尾相接，相邻两个支撑桁架杆分别与同一个中间支撑环1底部的预埋连接件4连接，另一端与背板上相邻的预埋连接件4的其中一个连接头相连接。预埋连接件4的内壁直径大于支撑杆的外径。
30.预埋连接件4如图3所示，选用的材料为钛合金材料，预埋连接件4包括预埋端和连接法兰，预埋端的形状为管状，连接法兰设置在预埋端的一端，且与预埋端为一体。
31.如图4所示为预埋连接件4的剖视图。其中背板端面上以及中间支撑环1底部均匀固定了三个预埋连接件4，背板与中间支撑环1上的预埋连接件4在水平投影面上呈交错分布，周向相位角均匀分布，径向位置一致。
32.中间支撑环1示意图如图5所示，选用的材料为钛合金材料。中间支撑环1主要是作为过渡结构，用于连接上下两层桁架杆，其横截面为凹字形，在中间支撑环1底板上均匀分布了三个预埋件凸台底孔，对三个预埋连接件4的相对位置进行固定。
33.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。