一种主镜和次镜之间的支撑结构

技术领域

本发明属于空间遥感相机光机结构的技术领域。使用本结构装置可以有效减小主镜和次镜之间结构的连接重量，达到消杂光、超轻量化设计和超稳定性设计的目标。

背景技术

空间光学相机一般采用三反消像差光学系统，光线先入射到主镜11后反射到次镜12上后再反射至三镜。经过三镜反射后汇聚到焦面。空间遥感相机主镜11和次镜12之间的位置精度和温度稳定性要求非常高。传统的遥感相机主镜11和次镜12之间一般采用一个直径大于主镜11直径的结构筒1，在结构筒1的外边通过径向支撑三杆13连接次镜12，如图1所示。

采用结构筒和径向支撑三杆的支撑结构形式,可以最大限度减小对入射光线的遮拦，同时为了保证主次镜之间位置的温度稳定性。一般对结构筒和径向支撑三杆进行精密控温。这种结构形式虽然可以减小遮拦，但主次之间的支撑结构尺寸空间大，重量大，且需要的热控资源较多，主次镜之间支撑结构温度梯度较大，结构不稳定。若对次镜三杆通过外部增加热管和热控多层，三杆支撑结构的外形尺寸将成倍变大，同时光学遮拦也变大

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种主镜和次镜之间的支撑结构，简化结构形式，将支撑结构与热控结构有机结合。将解决主次镜之间支撑结构稳定性要高、尺寸较大、重量重、占用热控资源多的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种主镜和次镜之间的支撑结构，包括中心筒，中心筒的一端连接次镜、另一端中穿过主镜的中心孔与相机主支撑结构连接；

中心筒包括依次连接的次镜连接环、支撑杆、圆筒部、支撑环，次镜连接环用于连接次镜，支撑杆沿着次镜连接环轴线方向延伸、并连接次镜连接环和圆筒部，支撑环穿过主镜的中心孔与相机主支撑结构连接。

所述支撑杆设置三个，三个支撑杆在支撑环圆周方向成120°均布。

所述支撑杆、次镜连接环、圆筒部和支撑环内部均设有连通的毛细槽道，毛细槽道内部灌液氨、并对毛细槽道的端部进行封闭。

所述毛细槽道沿着圆筒部的轴向方向分布。

所述圆筒部内壁连接有光栏，光栏为圆环形，用于遮挡视场外的杂散光。

所述次镜连接环包括圆环部和锥筒部，锥筒部的小直径端与圆环部的外侧边缘连接，锥筒部的大直径端位于圆环部朝向圆筒部的一侧。支撑杆的一端连接于圆环部和锥筒部朝向圆筒部的一侧，支撑杆的另一端连接于圆筒部的外壁，且沿着靠近支撑环的方向，支撑杆的端部外侧逐渐靠近圆筒部的外表面。

所述中心筒通过一体3D打印成型。

所述中心筒材质为SiC、invar、铝合金、或钛合金。

所述中心筒的支撑杆形成回转体的最大外径为D3，圆筒部的外径为D2，圆筒部到次镜连接环之间的距离为L，支撑杆的厚度为t，D3、D2、L和t满足下列关系

t≤μπr/3

。

所述圆筒部的内径为D1，D1应大于次镜反射回去的光锥最大半径，D2应不遮挡经主镜反射到达次镜的光线。

综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：

本发明将简化主次镜之间支撑结构形式，实现的支撑结构和热控结构的有机结合，降低结构重量，降低热控设计功耗。在空间光学遥感器主次之间的连接中有广泛应用。

附图说明

图1为背景技术中传统的支撑的结构示意图；

图2为本申请实施例中的中心筒的结构示意图，其中图2a为中心筒的外观图，图2b为中心筒的剖视图；

图3为中心筒的结构图；

图4为中心筒的主要尺寸的确定；

图5为中心筒设计参数。

附图标记说明：1、结构筒；11、主镜；12、次镜；13；径向支撑三杆；

2、次镜连接环；21、圆环部；22、锥筒部；3、支撑杆；31、毛细槽道；4、圆筒部；41、光栏；5、支撑环；6、相机主支撑结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：

本申请实施例公开一种主镜和次镜之间的支撑结构，如图2a所示，包括中心筒，主镜11和次镜12之间采用中心筒支撑，中心筒穿过主镜11中心孔与相机主支撑结构6连接。

中心筒结构形式如下图2a和b所示，中心筒包括次镜连接环2、支撑杆3、圆筒部4、支撑环5。中心筒的各部分通过一体3D打印成型。次镜连接环2用于与次镜12连接，为次镜12提供支撑，支撑杆3连接于次镜连接环2于圆筒部4之间，支撑杆3沿着次镜连接环2的轴向延伸，支撑环5连接于圆筒部4远离次镜连接环2的一端，支撑环5穿过主镜11中心孔与相机主支撑结构6连接。支撑杆3设置三个，三个支撑杆3连接支撑环5和次镜连接环2。三个支撑杆3在支撑环5圆周方向成120°均布。中心筒采用一体打印成型，在支撑杆3、次镜连接环2、圆筒部4和支撑环5内部均打印出连通的毛细槽道31，且毛细槽道31沿着圆筒部4的轴向方向分布，毛细槽道31内部灌液氨、并对毛细槽道31的端部进行封闭，得到毛细管道。当中心筒不同位置有温度偏差时，内部的毛细管道将开始工作，让中心筒温度保持在同一个温度水平。圆筒部4内壁连接有光栏41，光栏41为圆环形，用于遮挡视场外的杂散光。

相对于传统的前镜筒和次镜12三杆支撑方案，径向支撑三杆13遮挡光线在光线入射主镜11之前，而本申请的中心筒遮挡从主镜11往次镜12汇聚的光线。遮挡的位置在光线经过主镜11反射后。中心筒一般采用SiC或invar或铝合金或钛合金等。中心筒将热管通过3D打印的方式预埋在支撑结构内部，减小了支撑结构热控的尺寸和重量，降低了支撑结构的温度梯度，实现支撑结构较好的热稳定性。

通过上述结构，中心筒的主要功能如下：1)为次镜12提供支撑；2)保持主次镜12之间的热稳定性；3)消除视场外的杂散光。

次镜连接环2包括圆环部21和锥筒部22，锥筒部的小直径端与圆环部的外侧边缘连接，锥筒部的大直径端位于圆环部朝向圆筒部4的一侧。支撑杆3的一端连接于圆环部和锥筒部朝向圆筒部4的一侧，支撑杆3的另一端连接于圆筒部4的外壁，且沿着靠近支撑环5的方向，支撑杆3的端部外侧逐渐靠近圆筒部4的外表面。次镜连接环2的设置，提高了支撑杆3与次镜连接环2之间连接的稳定性。

主次镜12之间的支撑结构主要有以下创新：

1)次镜12支撑结构(中心筒)通过主镜11中心孔与相机主结构连接并实现对次镜12结构的支撑和固定。结构尺寸小、形式简单、重量轻、频率高，结构刚度好。

2)次镜12支撑结构(中心筒)内部通过3D打印预埋热管，实现热管与支撑结构的有机结合。节省了热控元件的重量，减小了中心的温度梯度，实现结构的高稳定性。

3)次镜12支撑结构(中心筒)内部设置消杂光光栏41遮挡视场外的杂散光。

主镜11和次镜12之间的结构对相机的稳定性和刚度影响非常大，是相机中的关键结构。

中心筒的安装连接方式如图3所示。次镜12安装在中心筒的次镜连接环2上，次镜连接环2不仅提供支撑还起到遮挡其他视场的杂光作用。中心筒的支撑环5穿过主镜11中心孔与相机主结构连接。从入光口达到主镜11的光线，经过反射后，从中心筒的三个支撑杆3之间的间隙穿过到达次镜12。从次镜12反射的光线经过中心筒的圆筒部4和支撑环5中间穿过到达相机主支撑结构6连接的其他的反射镜或像面。

如图4和图5a、图5b，次镜12的质量为m，次镜12半径为r，要求的支撑频率为f，遮拦比要求为μ，中心筒设计主要有五个参数的D1、D2、D3，L和t。D3是中心筒的三个支撑杆3形成回转体的最大外径；D2为圆筒部4的外径；D1为圆筒部4的内径；L为圆筒部4到次镜连接环2之间的距离；t为支撑杆3的厚度；D1+圆筒部4的厚度＝D2。其中D1、D2、L取决于光学系统，L应尽可能长，同时D1应大于次镜12反射回去进入圆筒部(4)的最大光锥半径(图4中1号光线，指从主镜的边缘位置入射、然后经主镜反射至次镜、再经次镜反射进入圆筒部的光线，这里具体指1号管线的第三段-经次镜反射进入圆筒部的光线)。D2应不遮挡从D3边缘发出的光线(2号光线，指从支撑杆3外侧入射、然后经主镜反射到达次镜12的光线)，如图4所示。当次镜12质量为m，要求的支撑频率为f，遮拦比要求不小于μ的前提下。

D3、D2、L和t应满足下列关系

t≤μπr/3 (1)

确定好参数后，通过3D打印在中心筒内部打印毛细管，内部充氨工质并密封处理，内部光栏的尺寸根据入射光的位置确定。

中心筒的特点在于：

中心筒穿过主镜中心孔对相机进行支撑；

中心筒采用轴向的三个支撑杆式结构，三个支撑杆成120°分布；

中心筒的参数设计满足式(1)、(2)要求；

中心筒内部3D打印联通的毛细管，并充工质，保证温度均匀性；

中心筒内部设置消杂光光栏，遮挡视场外杂光。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。