用于高精度光学仪器安装的热稳定基板

技术领域

本发明涉及飞行器结构设计技术领域，具体地，涉及一种用于高精度光学仪器安装的热稳定基板。

背景技术

目前，大型卫星平台正朝着高精度、高稳定度的方向发展，这就对卫星结构设计的精度稳定性和热变形性能提出了越来越高的要求。卫星上高精度光学仪器在轨运行的微小精度超差都会给仪器的功能实现带来恶劣影响，因此需要卫星提供的安装环境条件具有在轨变形小，变形控制稳定的特点。在太空中仪器安装位置经历的热环境复杂且恶劣，会使其产生相应的热变形，因此热变形控制设计使结构设计的重点所在。

特别是针对将多台高精度光学仪器安装在一块基板上的情况，基板的设计目标为保证卫星在轨运行过程中，多台高精度光学仪器的相对变形量小，实现热稳定及高精度高稳定控制。

现有公告号为CN104743138B的中国专利申请文献，其公开了一种航天器用高精度微变形姿控仪器安装结构，仪器安装板包括第一翼板、第二翼板和腹板，第一翼板固定在薄壁壳体结构的外表面，第二翼板设置在薄壁壳体结构的内部，并与导热体的平面对接法兰连接，第一翼板和第二翼板之间通过腹板连接，并通过腹板进行热交换；导热体的安装面连接到封盖板上；封盖板与薄壁壳体结构连接，形成安装结构头部；支撑杆组件的一端与安装结构头部连接，支撑杆组件的另一端安装在航天器光学成像有效载荷结构本体上。

现有技术中的高精度微变形姿控仪器安装结构为单个姿控仪器提供在轨微变形安装的设计，但是无法为两台及以上的光学仪器提供在轨相对微变形安装的设计，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于高精度光学仪器安装的热稳定基板。

根据本发明提供的一种用于高精度光学仪器安装的热稳定基板,包括基板组件和热控组件，所述基板组件包括导热基板，所述导热基板上至少间隔设置有两个光学仪器安装位；所述热控组件设置在导热基板外表面，所述热控组件用于导热基板的温度监控和温度控制。

优选地，所述导热基板的材料包括高体分铝基碳化硅材料，且所述导热基板包括一体成型结构。

优选地，所述基板组件还包括铝合金嵌块，所述铝合金嵌块设置在导热基板上的孔洞内。

优选地，所述铝合金嵌块用于连接螺钉的配钻基体。

优选地，所述导热基板与卫星的安装面上设置有玻璃钢垫片。

优选地，所述导热基板设置有光学仪器安装位的表面设置有基准棱镜。

优选地，所述热控组件包括电加热器和测温点。

优选地，所述导热基板的温度变化范围为±0.5℃。

优选地，任意两个间隔设置的所述光学仪器安装位之间的导热基板上设置有镂空位。

优选地，所述导热基板上间隔设置有第一光学仪器安装位和第二光学仪器安装位；所述第一光学仪器安装位和第二光学仪器安装位之间的导热基板上设置有镂空位，且所述第一光学仪器安装位和第二光学仪器安装位之间的导热基板上设置有测温点。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过采用高体分铝基碳化硅材料的导热基板，具有高导热低膨胀性能，实现了两台高精度仪器的温度环境相对一致，保证了多个光学仪器安装位温度分布的一致性，从而实现了多个光学仪器安装位的相对热变形小，进而有助于实现热稳定及高精度高稳定控制。

2、本发明通过在导热基板上设置电加热器和测温点，实现了温度实时监测及精密温控，保证了导热基板温度变化在±0.5℃之内，从而有助于降低导热基板的热变形。

3、本发明通过在导热基板与卫星连接处设有起隔热作用的玻璃钢垫片，从而减小了卫星和基板之间的热量传递及温度影响。

4、本发明通过在导热基板表面设置有基准棱镜，基准棱镜一方面是用于保证光学仪器的安装精度，另一方面是用于监测在轨状态下导热基板与光学仪器之间的相对变形量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明主要体现除热控组件外的热稳定基板正面整体结构示意图；

图2为本发明主要体现除热控组件外的热稳定基板背面整体结构示意图；

图3为本发明主要体现热稳定基板正面设置的电加热器位置示意图；

图4为本发明主要体现热稳定基板正面设置的测温点位置示意图；

图5为本发明主要体现铝合金嵌块位置示意图；

图6为本发明主要体现铝合金嵌块位置的热稳定基板剖视图。

图中所示：

导热基板1                      第一电加热器7

第一光学仪器安装位2            第二电加热器8

第二光学仪器安装位3            第三电加热器9

基准棱镜4                      第一测温点10

第一玻璃钢垫片5                第二测温点11

第二玻璃钢垫片6                铝合金嵌块12

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、图2、图3、图4、图5以及图6所示，根据本发明提供的一种用于高精度光学仪器安装的热稳定基板，包括基板组件和热控组件，基板组件包括导热基板1，导热基板1上至少间隔设置有两个光学仪器安装位。热控组件设置在导热基板1外表面，热控组件用于导热基板1的温度监控和温度控制。

具体地，导热基板1的材料包括高体分铝基碳化硅材料，且导热基板1包括一体成型结构。高体分铝基碳化硅材料的碳化硅含量占60％，该材料具有高导热低膨胀的性能，使得该结构具有良好的导热、传热特性,又可以降低由于其恶劣的热环境而产生的自身热变形,减小对其它结构有变形影响，同时导热基板1在加工过程中为一体化成型，从而使导热基板1的在轨性能好、变形小。

基板组件还包括铝合金嵌块12，铝合金嵌块12设置在导热基板1上的孔洞内，铝合金嵌块12用于连接螺钉的配钻基体。由于导热基板1的材料偏硬，直接钻螺纹孔的工艺难度大，因此采用铝合金嵌块12作为连接螺钉的配钻基体，减少了工艺加工难度。加工时，可以先在导热基板1上开较大的孔，内置铝合金嵌块12，用于配钻螺纹孔。

导热基板1设置有光学仪器安装位的表面设置有基准棱镜4。基准棱镜4一方面是用于保证光学仪器的安装精度，另一方面是用于监测在轨状态下基板与光学仪器之间的相对变形量。

导热基板1与卫星的安装面上设置有玻璃钢垫片。玻璃钢垫片起到隔热作用，从而减小了卫星和导热基板1之间的热量传递及温度影响。

热控组件包括电加热器和测温点，用于实现温度实时监测及精密温控。并保证导热基板1的温度变化范围为±0.5℃。

进一步地，任一光学仪器安装位均设有铲刮面，用于保证安装精度。任意两个间隔设置的光学仪器安装位之间的导热基板1上设置有镂空位。镂空位的形状可以是规则形状也可以是不规则形状，其目的是：一方面作为减重处理，另一方面是控制导热基板1面内的传热路径，便于进行准确温控。

本发明提供一种可行的实施方式：导热基板1上间隔设置有第一光学仪器安装位2和第二光学仪器安装位3。第一光学仪器安装位2和第二光学仪器安装位3之间的导热基板1上设置有镂空位，且第一光学仪器安装位2和第二光学仪器安装位3之间的导热基板1上设置有测温点。

两台高精度光学仪器分别安装在第一光学仪器安装位2和第二光学仪器安装位3，第一光学仪器安装位2和第二光学仪器安装位3之间的导热基板1上开设有三个三角形镂空位。将第一测温点10和第二测温点11分别设置在第一光学仪器安装位2和第二光学仪器安装位3之间，用于导热基板1的温度检测。在第二光学仪器安装位3上设置第一电加热器7、第二电加热器8以及第三电加热器9用于导热基板1的温度调节。

玻璃钢垫片包括第一玻璃钢垫片5和第二玻璃钢垫片6，第一玻璃钢垫片5设置在第一光学仪器安装位2与卫星的安装面，第二玻璃钢垫片6设置在第二光学仪器安装位3于卫星的安装面。从而减小了卫星和导热基板1之间的热量传递及温度影响。基准棱镜4安装在导热基板1上侧，与光学仪器安装位同侧，基准棱镜4的作用是作为两台高精度光学仪器的安装基准，用于标定仪器的安装位置。

当高精度光学仪器开机或受到太阳光照时产生热量，这些热量通过导热基板1第一光学仪器安装位2和第二光学仪器安装位3之间相互传递，最终将热量传递到高精度光学仪器上的散热面。

同时通过第一测温点10和第二测温点11进行监测，温度变化较大时通过第一电加热器7、第二电加热器8或第三电加热器9进行温度控制。由于整个装置结构设计、连接设计和材料选择合理，使得该装置具有足够的强度、刚度以及热稳定性，同时质量也较轻。本发明相对常规设计降低了在轨热变形，满足高精度光学仪器的使用需求。

本实施例解决了高精度光学仪器安装结构苛刻的热变形技术难题，具有导热性能优、在轨热稳定及精密温控三种特性，从而满足了高精度光学仪器在轨高精度高稳定度的成像需求，同时具有结构形式新颖、质量较轻等特点。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。