[发明专利]一种双向多拱形大口径空间反射镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种双向多拱形大口径空间反射镜，属于光学系统精密机械技术领域。

背景技术

空间反射镜是空间光学系统中的关键部件，它制约着空间光学系统的灵敏度和分辨率。随着空间光学系统分辨能力的不断提高，需要采用更大口径的空间光学反射镜，势必增加光学系统的质量，将直接影响光学系统的发射成本和工作性能，因此，对反射镜进行轻量化设计就显得越来越重要。而反射镜的结构外形设计是轻量化设计的关键技术之一。目前大口径空间反射镜的基体形状主要有：平背形、双拱形、单拱形和双凹形四种。在现有的各种支撑方式下，这些传统形状的反射镜结构虽然可以得到较好的光学性能，但是其质量仍然很大，如平背形反射镜，在采用多点背部支撑的情况下，反射镜可以得到较好的面形，但其质量一般较大，结构的比刚度较低；而对于单拱形、双拱形或双凹形反射镜，这些形式的反射镜改变了镜体在径向的质量分布状态，减轻了一部分质量，结构比刚度有所提升，但是其没有考虑反射镜在环向的变形规律，结构形式依然不够合理，结构的比刚度仍然具有较大的提升空间。因此，研制出一种质量更小、结构比刚度更大、结构形式更合理的反射镜构型是大口径空间反射镜的发展趋势。

发明内容

针对上述内容，为解决现有设计方法的不足，本发明提供了一种双向多拱形大口径空间反射镜，即通过背部基体凹槽区域的合理布置，同时沿反射镜的径向和环向来改变背部基体的形状，调整其质量分布，可以有效的减轻反射镜的质量，增大其结构的比刚度，使其结构形式更加合理。

本发明采用的技术方案是：一种双向多拱形大口径空间反射镜，包括反射镜镜面和背部基体，背部基体中制作有开放型的轻量化孔和支撑孔，背部基体为加筋板式结构，在背部基体中设置凹槽，背部基体为由径向多拱形和环向多拱形组成的双向多拱形。

作为优选，所述的大口径空间反射镜，背部基体中制作有用于减重的轻量化孔，其形式可以是三角形、四边形、六边形、扇形、圆形或这些形状的混合。

作为优选，所述的支撑孔数目m为3、6、9、18或27，所述的支撑孔分布在一个、两个或多个圆周上。

所述的大口径空间反射镜，所述的凹槽包括绕镜体中心轴旋转产生的环形凹槽和沿径向拉伸产生的局部凹槽。

作为优选，所述径向多拱形是由所设置的环形凹槽产生，环形凹槽的个数na和径向拱形的个数Nr满足：

na=nc+1，Nr=2×nc；

其中，nc是所述的支撑孔分布的总圆周数。

作为优选，所述环形凹槽的轮廓线关于反射镜的中心轴对称，以中心轴与背部基体外平面的交点为坐标原点，背部基体外平面为xy平面，环形凹槽的一半轮廓线符合下述函数：

（1）支撑孔分布的总圆周数nc=1，

①样条曲线-水平直线-样条曲线的组合，

②样条曲线-水平直线-斜线的组合，

（2）支撑孔分布的总圆周数nc≥2，

①样条曲线-水平直线-样条曲线的组合，

②样条曲线-水平直线-斜线的组合，

其中，R为反射镜镜体的半径，i取为2,3，…，（na-1），A₁，A_i1，A_i2，A_i3，A_na为确定组合曲线所设定的相关点到镜体中心轴的距离，P₁，P_i，P_na为确定组合曲线所设定的相关点到背部基体外平面的距离。A₁，A_i1，A_i2，A_i3，A_na满足以下关系：