專利名稱：空間用大口徑光學主鏡支承裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學元件，支承裝置，特別是衛(wèi)星遙感儀器用大口徑望遠鏡系統(tǒng)主鏡支承。
對于衛(wèi)星遙感儀器大口徑卡塞格倫(cassegrain)或里奇-克雷季昂(RitChey-chretien)雙反射望遠鏡系統(tǒng)來說，主鏡支承顯得十分重要，它直接關系到光學系統(tǒng)象質(zhì)好壞。但目前有關主鏡的支承結構卻存在結構復雜或可靠性差的缺點，例如國內(nèi)電影經(jīng)緯儀中φ500毫米主反射鏡的支承方法是采取與主鏡中心孔配合很好的中心軸作為中心定位支承，底支承為九點支承，且為避免超定位，便將每三個支點連在一塊支板上，支板的重心上又有成正三角形排列的三個支點與底支板相連；其徑向支承則為杠桿平衡重支承和前支承為六點彈簧支承，結構相當復雜。又如國外大口徑主鏡支承則是采用撓曲金屬帶三點正切支承，具體參見保羅·R和楊德·Jr所著的《光學機械系統(tǒng)設計》(Paul.R，Yoder.Jr，《Opto-MechanicalSystems Design》)，第205～209頁，1986年。顯然，這種支承方法存在的主要問題是機械結構復雜且體積大，它是依靠撓曲金屬帶的大彈性變形吸收振動能量，防振效果及可靠性均較差，并且金屬帶支座和玻璃主鏡的膠接較難解決。
本發(fā)明的目的是提供一種結構簡單且緊湊，防振效果好，可靠性好的大口徑光學主鏡支承裝置。
本發(fā)明的目的是這樣來達到，主鏡通過徑向支承、底支承、前支承固定于主鏡框中，特點是徑向支承是在主鏡的外圓柱面和主鏡框的內(nèi)圓柱面之間所設的均勻填充室溫固化的硅橡膠圓環(huán)；底支承是在主鏡框的內(nèi)底圓上均勻布設的三個凸出支承面，每個支承面須經(jīng)光學研磨，平面度要好，并保持三個支承面共面；前支承由殷鋼材料制成，它置于主鏡的圓柱面中部等分設置的三個凹口內(nèi)，且與該三個凹口端面留有空隙，即用螺釘加彈簧墊圈和平墊圈固定于主鏡框中。被支承的主鏡是由熔石英材料制成的雙曲面反射鏡，背面為蜂窩狀輕量化結構，中心有一圓孔，供中心定位套定位。
主鏡固裝過程如下先把中心定位套用均勻布設的螺釘固定于水平放置的主鏡框中，再把主鏡定位于中心定位套中，在主鏡外圓柱面和主鏡框內(nèi)圓柱面之間均勻填充硅橡膠，室溫固化后形成徑向支承。然后在主鏡圓柱面中部120°均布的三個凹口中分別放入前支承，用螺釘加彈簧墊圈和平墊圈固定于主鏡框中，前支承端面與凹口端面不接觸，留有間隙。前支承的作用是防止主鏡意外軸向移動(正常情況下不發(fā)生)及主鏡安裝于主鏡室時碰撞主鏡室內(nèi)壁。
上述的硅橡膠徑向支承的徑向厚度tr需合適，使主鏡受到的徑向壓應力最小、tr可按下式計算tr=Dg(am-ag)2(ar-am)---(1)]]>式中Dg為主鏡外徑；αm為主鏡框材料的線膨脹系數(shù)；αg為主鏡材料的線膨脹系數(shù)；αr為硅橡膠的線膨脹系數(shù)。
主鏡鏡面變形的計算，衛(wèi)星自旋時，主鏡在軸向受到離心力作用，離心力F可按下式計算F＝mRω2(2)式中m為主鏡質(zhì)量；R為主鏡質(zhì)心離衛(wèi)星自旋軸之距；ω為衛(wèi)星自旋角速度。
實際蜂窩狀主鏡可近似為有孔薄圓板，根據(jù)圓板理論分析結果，正三角形排列支承效果最好。對于單三點支承形式，主鏡鏡面的最大變形δmax可按下計算δmax=12(1-μ2)·δ·F·a4πEgt3(a2-c2)---(3)]]>式中μ為主鏡材料泊松比；δ為主鏡變形歸一化值；α為主鏡外半徑；c為主鏡中心孔半徑；t為主鏡平均厚度；Eg為主鏡材料彈性模量。
本發(fā)明用有限元法精確計算了主鏡在離心力作用下鏡面最大變形，計算結果與式(3)近似計算結果相吻合。
本發(fā)明有如下有益效果1、本發(fā)明的主鏡支承裝置結構緊湊、支承方式簡單、可靠性良好。2、徑向支承的硅橡膠環(huán)具有較大阻尼，不需要產(chǎn)生大的變形就能吸收各個方向的振動能量，防振效果很好。3、硅橡膠與主鏡(玻璃材料)、主鏡框(金屬材料)都有合適的粘接力，由于是整個圓周均勻支承，實測證明主鏡粘結后鏡面變形很小。4、本發(fā)明適用于衛(wèi)星遙感儀器中φ500毫米以下輕量化主鏡的支承和固裝，引起的鏡面變形小于0.05微米。
本發(fā)明的附圖簡單說明如下
圖1是主鏡支承裝置結構示意圖。
圖2為主鏡示意圖。
圖3為主鏡框示意圖。
圖中標號說明1-主鏡室2-徑向支承3-主鏡框4-主鏡5-固定螺釘 6-中心定位套7-底支承8-前支承9-固定螺釘 10-彈簧墊圈11-平墊圈根據(jù)圖1～圖3給出本發(fā)明一個實施例被支承的主反射鏡4外徑φ410毫米，內(nèi)孔φ130毫米，軸向中心厚度41毫米，材料為熔石英，背面為蜂窩狀結構，輕量化后的質(zhì)量6.7千克。
主鏡框3外徑φ437毫米，內(nèi)孔φ413毫米，軸向厚度33毫米，材料為4J32殷鋼，輕量化后的質(zhì)量為3.2千克，前端面平面度為0.01毫米。
底支承7為主鏡框3內(nèi)底圓120°均布的三個凸出面，每個底支承7面積為15×16毫米2，支承面中心半徑R為143毫米，支承面經(jīng)光學研磨，其平面度為0.002毫米。
徑向支承2外徑φ413毫米，內(nèi)徑φ410毫米，軸向厚度25毫米，材料為703型室溫固化硅橡膠。
光學主鏡在離心力65牛頓作用下，主鏡鏡面的最大變形δmax為0.035微米(用圓板理論近似計算)或＝δmax0.03微米(用有限元法精確計算)。
本發(fā)明的關鍵問題在于主鏡支承裝置必需十分可靠。為此，對本實施例還進行了如下可靠性的試驗1、在地面隨遙感儀器及隨衛(wèi)星進行了多次高、低溫交變試驗，鏡面變形很小，光學象質(zhì)優(yōu)良，證明本發(fā)明溫度適應性良好。
2、在地面隨遙感儀器及隨衛(wèi)星進行多次力學振動試驗，主鏡位置沒有移動，光學象質(zhì)不變，證明本發(fā)明的力學振動適應性也良好。
3、對徑向支承所用的硅橡膠的防污染性能，委托中國航天總局510所進行專門測量，測量結果為在真空度為10-4帕環(huán)境下，經(jīng)歷24小時，樣品總質(zhì)量損失為0.43×10-2，揮發(fā)性可凝物逸出率為1.2×10-4，符合衛(wèi)星使用要求。
4、對徑向支承所用硅橡膠的耐輻照性能，委托中國科學院上海原子核研究所進行專門測量，測量結果證明硅橡膠耐輻照性能符合衛(wèi)星使用要求。
5、本實施例已成功試用在我國首次發(fā)射成功的風云二號氣象衛(wèi)星掃描輻射計主鏡支承中，獲取的七千余幅可見、紅外和水汽圖象十分清晰，分辨率高，圖象質(zhì)量好。
權利要求
1.一種空間用大口徑光學主鏡支承裝置，主鏡(4)通過徑向支承(2)、底支承(7)、前支承(8)固定于主鏡框(3)中，其特征在于a.該徑向支承(2)是一在主鏡(4)的外圓柱面和主鏡框(3)的內(nèi)圓柱面之間均勻填充的室溫固化硅橡膠圓環(huán)；b.該底支承(7)是在主鏡框(3)的內(nèi)底圓上均勻布設的三個凸出支承面，并且該三個支承面共面；c.該前支承(8)包括與主鏡框(3)成固定連接的三塊L形壓板，它們置于主鏡(4)的圓柱面中部設置的三個凹口內(nèi)，且與該三個凹口端面留有間隙。
2.根據(jù)權利要求1所述的空間用大口徑光學主鏡支承裝置，其特征在于所說的主鏡(4)是一塊熔石英材料制成的雙曲面反射鏡，背面為蜂窩狀輕量化結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的空間用大口徑光學主鏡支承裝置，其特征在于所說的主鏡框(3)是圓柱形輕量化結構。
4.根據(jù)權利要求3所述的空間用大口徑光學主鏡支承裝置，其特征在于該輕量化結構主鏡框(3)是由殷鋼材料制成。
5.根據(jù)權利要求1所述的空間用大口徑光學主鏡支承裝置，其特征在于構成前支承(8)的L形壓板系由殷鋼材料制成。
6.根據(jù)權利要求1所述的空間用大口徑光學主鏡支承裝置，其特征在于所說的構成前支承(8)的L形壓板與主鏡框(3)的固定連接系指前支承(8)的L形壓板用螺釘(9)加彈簧墊圈(10)、平墊圈(11)而固定于主鏡框(3)中。
全文摘要
一種空間用大口徑光學主鏡支承裝置,主鏡通過徑向支承、底支承、前支承固定于主鏡框中,其中該徑向支承是一在主鏡的外圓柱面和主鏡框的內(nèi)圓柱面之間均勻填充的室溫固化硅橡膠圓環(huán);該底支承是在主鏡框的內(nèi)底圓上均勻布設的三個凸出支承面,且它們共面;該前支承包括與主鏡框成固定連接的三塊L形壓板,它們置于主鏡的圓柱面中部設置的三個凹口內(nèi),且與凹口端面留有間隙。本發(fā)明結構緊湊、簡單、防振效果好;引起的鏡面變形小。
文檔編號G02B23/16GK1243262SQ9911379
公開日2000年2月2日 申請日期1999年6月18日 優(yōu)先權日1999年6月18日
發(fā)明者史美耀, 裴云天 申請人:中國科學院上海技術物理研究所