[發明專利]一種用于大口徑全譜段高光譜載荷的SiC主支撐結構

在審

• 申請號: 201910384624.0
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110187468A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 張兆會;孫麗軍;李立波;武登山;柯善良;賈昕胤;李思遠
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B7/183
• 分類號: G02B7/183
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

本發明提供一種用于大口徑全譜段高光譜載荷的SiC主支撐結構，解決現有主支撐結構的結構形式難以滿足大口徑、多負載下嚴苛的輕量化、高精度、高穩定性的要求。該主支撐結構包括括采用SiC材料制成的基板；所述基板的正面通過兩個相互平行的第一加強筋分為左區域、中間區域及右區域；所述中間區域的中部開設有鏡組安裝孔，鏡組安裝孔以外的部分設有多個三角形減重槽；所述左區域和右區域結構相同，且以中間區域對稱分布，左區域和右區域均設有多個三角形減重槽；所述基板的反面為一平面，其上設有多個用于安裝光學組件的螺紋孔，多個螺紋孔均開設在三角形減重槽的槽壁上。

技術領域

本發明涉及航天光機載荷系統的主支撐結構，具體涉及一種用于大口徑全譜段高光譜載荷的SiC主支撐結構。

背景技術

隨著航天遙感技術的發展，作用距離越來越遠，測量精度越來越高，必然帶來光學口徑越來越大。對于大口徑光學遙感設備，主支撐結構作為遙感設備的骨架結構，必須保證光學系統的高穩定性和高可靠性，遙感設備主支撐結構主要有薄壁筒式、盒式、框架式、桁架式等形式。

薄壁筒式主支撐結構具有剛度高、整體結構穩定性好、方便檢測和裝調、且利于溫度控制和雜散光的抑制等特點，一般用于對結構穩定性要求很高，而對重量控制較為寬松的支撐結構中，其缺點是重量較大，減重率較低，不適用于輕量化、高精度、高穩定的遙感相機。

盒式主支撐結構的剛度和強度高、整體穩定性好，主要用于多反離軸類復雜光學系統相機中。高強度的盒式結構重量較大，隨著空間相機輕量化程度的提高，盒式結構逐漸被更輕量的結構所取代。

框架式主支撐結構的剛度十分優異，空間穩定性好，輕量化程度較低，適用于中小型離軸系統的主支撐結構，但不適用于輕量化程度高的遙感相機。

桁架式支撐結構的特點是比剛度高、裝配靈活、形式簡單，具有很強的可設計性，普遍適用于大中型、單反和多反、同軸以及離軸空間相機中，但不適用于輕量化、高精度、高穩定的遙感相機。

隨著對遙感相機嚴苛的輕量化、高精度、高穩定性要求，其中主支撐結構需要具備以下特點：(1)良好的動態力學性能和模態分布，避免光學載荷與衛星平臺產生共振，造成結構破壞；(2)良好的力學性能，主支撐結構受力變形引起的光學元件變形和位置變化需在設計要求范圍內；(3)高熱穩定性，環境溫度改變情況下，主支撐結構要保證具有穩定的形狀和尺寸；(4)由于承載的載荷較多，主支撐結構需具有多光學載荷的調試便捷性；(5)主支撐結構與光學元件的接口要合理，減小裝配應力的傳遞；(6)良好的加工與裝配性能，上述主支撐結構由于存在或多或少的缺點，難以滿足實際需要。

空間遙感相機主支撐結構的發展呈現以下特點，結構形式上為一體化和組合式兩方面。主支撐結構的一體化設計是將光學元件各部分的支撐件集成在一起(一體成型)，可以去掉大量的埋件和連接件，既減輕了重量，又減弱了支撐件的連接應力和變形，但是，目前采用局部一體化支撐結構僅適用于小型空間相機中。

組合式主支撐結構是結合兩種或多種支撐形式，通過優勢互補組合成新的支撐結構。典型的薄壁筒式和桿式組合結構具有良好的動態剛度和整體穩定性，同時易加工和裝調。國內外較為傳統的常用主支撐結構材料主要有硬鋁合金、鈦合金和殷鋼。硬鋁合金主要應用在輕量化程度較高而熱穩定性要求較低的空間相機主支撐結構中；鈦合金線脹系數小，普遍用于空間相機中；殷鋼具有高強度和線脹系數可設計的特點，用于反射鏡材料不同的空間相機主支撐結構中。

以上是較為傳統的空間相機主支撐結構材料，隨著材料業的發展，各種新型材料不斷應用于制作空間相機主支撐結構。目前，材料比剛度較高并且材料成型工藝已獲得較大發展的主要有碳纖維，碳纖維復合材料具有比剛度大、強度高、阻尼大、密度小、膨脹系數低和性能可設計等特點，符合空間光學相機光、機、熱一體化設計的要求，已經廣泛應用于空間相機的主支撐結構中。由于碳纖維材料的各項異性，空間主支撐結構需要大量的金屬埋件，導致支撐結構的綜合質量上升，很難同時滿足高剛度和超輕兩方面要求，同時復雜工況下難以保證支撐結構整體的穩定性。