[發明專利]一種空間光學載荷的運動學支撐結構

在審

• 申請號: 202010635101.1
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111830655A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 孫麗軍;李思遠;李立波;張兆會;王帥
• 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: G02B7/00
• 分類號: G02B7/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明屬于空間光學遙感器技術領域，為了避免光學載荷由地面到空間環境產生變形的問題，提出一種空間光學載荷的運動學支撐結構，包括固定支撐腿、柔性支撐腿及細頸支撐腿；固定支撐腿、柔性支撐腿及細頸支撐腿均包括上法蘭與下法蘭，固定支撐腿、柔性支撐腿及細頸支撐腿均通過上法蘭與光學載荷底部固定，均通過下法蘭與外部衛星平臺承力板固定；固定支撐腿約束光學載荷X、Y、Z三個方向的平動自由度；固定支撐腿和柔性支撐腿相互配合約束光學載荷繞Y軸和Z軸的旋轉自由度；固定支撐腿和細頸支撐腿相互配合約束光學載荷繞X軸的旋轉自由度。采用3?2?1約束形式，降低環境變化對結構形狀的影響。可應用于空間遙感、航空攝像、環境監測等領域。

技術領域

本發明屬于空間光學遙感器技術領域，涉及一種空間光學載荷的運動學支撐結構。

背景技術

受發射力學環境、重力變化、溫度變化等多種空間環境影響，光學載荷由地面到空間環境時，可能會產生不可預知的變形。這種變形雖然不大，但已遠遠超出光學允差范圍，從而影響光學載荷性能。

通常的做法是，采用運動學支撐結構進行靜定支撐，以減小潛在的應力變形。如果剛體任何一個運動自由度被多次約束，剛體將會因額外約束產生應力變形，運動學支撐不產生過約束，可實現靜定支撐。國內外通常在高精度的光學組件上采用運動學設計，但對于光學載荷的支撐結構，缺少成熟的解決方案。

發明內容

為了避免光學載荷由地面到空間環境產生變形的問題，本發明提供一種力熱穩定性好、空間環境適應性強的光學載荷支撐裝置，采用3-2-1約束形式，三個支撐腿組合可以恰好完全約束光學載荷的六個空間自由度，降低環境變化對結構形狀的影響。可應用于空間遙感、航空攝像、環境監測等領域。

本發明的技術方案是提供一種空間光學載荷的運動學支撐結構，其特殊之處在于：包括固定支撐腿、柔性支撐腿及細頸支撐腿；

固定支撐腿、柔性支撐腿及細頸支撐腿均包括上法蘭與下法蘭，固定支撐腿、柔性支撐腿及細頸支撐腿均通過上法蘭與光學載荷底部固定，均通過下法蘭與外部衛星平臺承力板固定；

定義光學載荷底部所在平面為XY平面；固定支撐腿、柔性支撐腿及細頸支撐腿在Z向的高度相等；

固定支撐腿約束光學載荷X、Y、Z三個方向的平動自由度；固定支撐腿和柔性支撐腿相互配合約束光學載荷繞Y軸和Z軸的旋轉自由度；固定支撐腿和細頸支撐腿相互配合約束光學載荷繞X軸的旋轉自由度。

進一步地，在XYZ坐標系中，將固定支撐腿軸向中心坐標定義為(0，0，z)，則柔性支撐腿的軸向中心坐標為(x，0，z)，細頸支撐腿的軸向中心坐標為(0，y，z)。

進一步地，為了提高各支撐腿的支撐性能，固定支撐腿、柔性支撐腿及細頸支撐腿均采用剛度高、強度高且隔熱性能較好的鈦合金材料制作。

進一步地，為了在約束光學載荷X、Y、Z三個方向的平動自由度的同時保證在X、Y、Z三個方向上均有較大剛度，固定支撐腿還包括位于固定支撐腿上法蘭與固定支撐腿下法蘭之間、并與固定支撐腿上法蘭與固定支撐腿下法蘭同軸的正交十字交叉筋。

進一步地，優化后的正交十字交叉筋中筋板的寬度與固定支撐腿上法蘭直徑相等，小于固定支撐腿下法蘭直徑；定義筋板的長度方向為z向。

進一步地，為了滿足柔性支撐腿剛度及柔性的需求，柔性支撐腿還包括位于柔性支撐腿上法蘭與柔性支撐腿下法蘭之間的一字柔片。沿柔片平面方向剛度較好，柔片法線方向剛度較差，受載荷作用易彎曲。

進一步地，優化后的一字柔片的寬度與柔性支撐腿上法蘭直徑相等，小于柔性支撐腿下法蘭直徑；定義一字柔片的長度方向為z向。