本發(fā)明涉及一種空間相機結(jié)構(gòu)部件，具體涉及一種支撐一體化反射鏡。

背景技術(shù)：

反射鏡及其支撐結(jié)構(gòu)在空間遙感相機的各結(jié)構(gòu)部件中占據(jù)十分重要的地位，反射鏡面形精度的高低直接關(guān)系到空間相機成像性能的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的反射鏡與支撐結(jié)構(gòu)通常采用不同的材料分別加工而成，然后通過膠接、螺接等連接方式裝配成型。傳統(tǒng)的反射鏡結(jié)構(gòu)如圖1所示，反射鏡1通過中心軸2安裝于傳統(tǒng)支撐板3上。反射鏡1、中心軸2和傳統(tǒng)支撐板3為單獨加工后組裝使用，三者之間需要膠接螺接，裝配過程產(chǎn)生的應(yīng)力會降低反射鏡面形精度，當(dāng)反射鏡與支撐結(jié)構(gòu)材料不一致時導(dǎo)致光機熱膨脹系數(shù)不匹配，溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力也會降低反射鏡面形精度。另外，傳統(tǒng)空間相機的反射鏡與支撐結(jié)構(gòu)通常需要中心軸、鏡座或柔性支撐等支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，不僅增大了相機重量和材料成本，而且也增加了裝調(diào)難度和組裝時間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決傳統(tǒng)的反射鏡與其支撐結(jié)構(gòu)需要單獨加工裝配使用的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種支撐一體化反射鏡。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種支撐一體化反射鏡，其特殊之處在于：包括由金屬材料一體化成型的反射鏡面板、支撐板和背板；所述支撐板一側(cè)為反射鏡面板，支撐板的另一側(cè)為背板；

所述支撐板包括外框、內(nèi)框和網(wǎng)狀筋；外框位于支撐板的外圓周上，內(nèi)框位于支撐板的中心，網(wǎng)狀筋位于外框和內(nèi)框之間；所述外框上設(shè)置有多個次鏡架安裝板和多個柔性支架，次鏡架安裝板用于安裝次鏡架，柔性支架用于連接衛(wèi)星主體；

所述背板上設(shè)置有多個工藝圓孔，工藝圓孔的位置與網(wǎng)狀筋形成的網(wǎng)格相對應(yīng)。

上述柔性支架包括兩個三向柔性過渡件和一個端部連接板；

所述三向柔性過渡件包括依次連接的徑向柔節(jié)一、連接塊一、軸向柔節(jié)、連接塊二和徑向柔節(jié)二；所述徑向柔節(jié)一固定安裝于所述外框的外側(cè)端面上；所述徑向柔節(jié)二與端部連接板固定連接；規(guī)定三維直角坐標(biāo)系，以支撐板所在平面作為xy平面，以支撐板軸向作為z軸方向，徑向柔節(jié)一沿x軸方向彈性形變，徑向柔節(jié)二沿y軸方向彈性形變，軸向柔節(jié)沿z軸方向彈性形變；

所述端部連接板上設(shè)置有用于連接衛(wèi)星主體的安裝孔。

上述外框上設(shè)置有多個減重孔。

上述次鏡架安裝板包括與所述外框固定連接的安裝基板，安裝基板上設(shè)置有一個用于定位次鏡支架的定位孔和多個用于安裝次鏡支架的安裝孔。

上述次鏡架安裝板和柔性支架各為三個，在所述外框的外端面上均勻交替設(shè)置。

上述網(wǎng)狀筋形成的網(wǎng)格為六邊形。

上述安裝孔上設(shè)置有消應(yīng)力槽。

上述反射鏡的中心沿軸向設(shè)置有貫通的中心孔。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)重量輕，剛度高。本發(fā)明通過將反射鏡與支撐一體化設(shè)計，省去了傳統(tǒng)反射鏡支撐結(jié)構(gòu)，一個零件既為反射鏡，又為支撐，減少整個部件重量和零件個數(shù)，降低發(fā)射成本的同時，提高了一體化結(jié)構(gòu)的剛度；支撐板作為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)，增大了反射鏡面的剛度，提高了本發(fā)明的共振頻率，避開了衛(wèi)星的共振頻率，提高了本發(fā)明在火箭發(fā)射過程中的安全系數(shù)。

(2)熱穩(wěn)定性好。本發(fā)明反射鏡各部位采用同一材料制成(優(yōu)選鋁合金等合金類材料)，通過將反射鏡與支撐一體化設(shè)計，降低了各部件間熱膨脹系數(shù)不匹配的影響，避免了光機系統(tǒng)材料不一致帶來的熱應(yīng)力對鏡面面形精度的不利影響；同時簡化了熱控設(shè)備的設(shè)計制造難度，降低了研發(fā)成本。

(3)易加工。本發(fā)明采用金屬材料，可以充分使用現(xiàn)有的車、銑、磨削等工藝快速加工制作基本結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮金屬材料易于成型的特點，改善傳統(tǒng)材料反射鏡加工時間長，成本高的缺點。

(4)易裝調(diào)。本發(fā)明反射鏡與支撐一體化結(jié)構(gòu)通過三向一體柔性結(jié)構(gòu)與衛(wèi)星主體連接，三向一體柔性結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)兩向柔性結(jié)構(gòu)原有的四個自由度增加一個方向平動和一個轉(zhuǎn)動自由度，能夠更好的吸收衛(wèi)星主體各方向引入的應(yīng)力，避免了額外裝調(diào)應(yīng)力的引入，保證反射鏡面面形精度，降低了相機的裝調(diào)難度。

(5)本發(fā)明在遮光罩安裝孔、內(nèi)框螺紋孔設(shè)置消應(yīng)力槽，可以減小遮光罩、矯正鏡對反射鏡面形精度的影響。

(6)本發(fā)明采用定位圓柱孔，定位精度高，保證次鏡架的位置精度。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)反射鏡與其支撐結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明支撐一體化反射鏡的使用狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明較佳實施例結(jié)構(gòu)的正面視圖；

圖4為本發(fā)明較佳實施例結(jié)構(gòu)的背面視圖；

圖5為本發(fā)明較佳實施例結(jié)構(gòu)的剖面視圖；

圖6為本發(fā)明柔性支架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明次鏡架安裝板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明與傳統(tǒng)反射鏡的一階振型圖對比；

圖9為本發(fā)明與傳統(tǒng)反射鏡受1G重力時的位移云圖對比；

圖10為本發(fā)明與傳統(tǒng)反射鏡溫升/溫降5℃時的位移云圖對比。

附圖標(biāo)記說明：1-反射鏡，2-中心軸，3-傳統(tǒng)支撐板，4-反射鏡面板，5-支撐板，6-背板，7-柔性支架，8-次鏡架安裝板，9-減重孔，10-中心孔，11-工藝圓孔，51-外框，52-內(nèi)框，53-網(wǎng)狀筋，71-三向柔性過渡件，72-端部連接板，711-徑向柔節(jié)一，712-連接塊一，713-軸向柔節(jié)，714-連接塊二，715-徑向柔節(jié)二，81-安裝基板，82-定位孔。

具體實施方式

參見圖2至圖4，本發(fā)明所提供的反射鏡較佳實施例是由金屬材料一體化成型，其結(jié)構(gòu)主要包括反射鏡面板4、支撐板5和背板6；支撐板5位于反射鏡面板4和背板6之間。反射鏡的中心沿軸向設(shè)置有用于設(shè)置矯正鏡的中心孔10。

參見圖5，支撐板5包括外框51、內(nèi)框52和網(wǎng)狀筋53；外框51位于支撐板的外圓周上，內(nèi)框52位于支撐板的中心，外框51與內(nèi)框52通過網(wǎng)狀筋53相連，能夠保證反射鏡具有較高的輕量化率和較高的固有頻率。矯正鏡通過螺紋孔與內(nèi)框52相連。外框51上設(shè)置有三個呈120°均布的次鏡架安裝板8和三個呈120°均布的柔性支架7，相鄰的次鏡架安裝板8和柔性支架7呈60°交替設(shè)置。外框51朝向反射鏡面板4的一側(cè)設(shè)置有12個均布的螺紋孔，每個螺紋孔根部有消應(yīng)力槽，相機遮光罩通過螺紋孔與外框51相連；內(nèi)框52下端面有6個均布的螺紋孔，每個螺紋孔上均設(shè)置有消應(yīng)力槽。背板6上設(shè)置有多個工藝圓孔11，工藝圓孔11的位置與網(wǎng)狀筋53形成的網(wǎng)格相對應(yīng)。

參見圖6，柔性支架7包括兩個三向柔性過渡件71和一個端部連接板72；三向柔性過渡件71包括依次連接的徑向柔節(jié)一711、連接塊一712、軸向柔節(jié)713、連接塊二714和徑向柔節(jié)二715；徑向柔節(jié)一711固定安裝于外框51的外側(cè)端面上；徑向柔節(jié)二715與端部連接板72固定連接；規(guī)定三維直角坐標(biāo)系，以支撐板所在平面作為xy平面，以支撐板軸向作為z軸方向，徑向柔節(jié)一711沿x軸方向彈性形變，徑向柔節(jié)二715沿y軸方向彈性形變，軸向柔節(jié)713沿z軸方向彈性形變；端部連接板72上設(shè)置有用于連接衛(wèi)星主體的安裝孔。

參見圖7，次鏡架安裝板8包括與外框51固定連接的安裝基板81，安裝基板81上設(shè)置有一個用于定位次鏡支架的定位孔82和多個用于安裝次鏡支架的安裝孔。三個定位孔82均布在以反射鏡面板4的光軸為圓心的圓周上，保證次鏡架的徑向定位；同時對安裝面進(jìn)行精加工，保證次鏡架軸向定位。

反射鏡面板4為滿足光學(xué)要求的反射面，先用單點金剛石加工，再鍍純鋁進(jìn)行精密拋光處理，使鏡面滿足可見光要求；半封閉背板6為與反射鏡面板4曲率相同的球面，上有54個均布的工藝圓孔11，通過工藝圓孔11對發(fā)明內(nèi)部進(jìn)行光軸方向銑削，加工出多邊形網(wǎng)狀筋53，保證發(fā)明整體剛度的同時，實現(xiàn)本發(fā)明的輕量化。

本發(fā)明選用反射鏡面板有效口徑為260mm，多邊形網(wǎng)狀筋為六邊形，使用6061鋁合金材料制作而成的反射鏡進(jìn)行實驗測試。比較本發(fā)明(圖3)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(圖1)的重量和基頻(見表1)；分別在反射鏡面光軸水平放置，且只受1G重力影響的工況下和溫升5℃/溫降5℃的工況下分析本發(fā)明與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變形(參見圖8-10)，通過有限元方法和Zernike擬合得到兩種結(jié)構(gòu)反射鏡面的PV值、RMS值(見表2)：

表1

表2

分析結(jié)果表明，當(dāng)反射鏡面有效孔徑為260mm時，本發(fā)明重量比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低了18.3％，表明本發(fā)明在輕量化方面優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于降低空間相機的發(fā)射成本；本發(fā)明基頻比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了20.1％，表明本發(fā)明較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有更高的安全系數(shù)，能夠承受更惡劣的發(fā)射環(huán)境；光軸水平放置受1G重力時，本發(fā)明鏡面PV值比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鏡面降低了73.0％，RMS值降低了75.7％，表明本發(fā)明鏡面剛度優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，受相同載荷時，本發(fā)明具有更高的鏡面面形精度；溫升5℃或溫降5℃時，本發(fā)明鏡面PV值比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鏡面降低了16.4％，RMS值降低了19.5％，表明本發(fā)明較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有更高的熱穩(wěn)定性，環(huán)境溫度變化相同時，本發(fā)明具有更高的鏡面面形精度。

以上各項分析結(jié)果均表明本發(fā)明在輕量化、結(jié)構(gòu)剛度、結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性和鏡面面形精度都優(yōu)于傳統(tǒng)模型。

以上所述的實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過實施例，該領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。