[发明专利]一种用于大口径全谱段高光谱载荷的SiC主支撑结构

说明书

本发明提供一种用于大口径全谱段高光谱载荷的SiC主支撑结构，解决现有主支撑结构的结构形式难以满足大口径、多负载下严苛的轻量化、高精度、高稳定性的要求。该主支撑结构包括括采用SiC材料制成的基板；所述基板的正面通过两个相互平行的第一加强筋分为左区域、中间区域及右区域；所述中间区域的中部开设有镜组安装孔，镜组安装孔以外的部分设有多个三角形减重槽；所述左区域和右区域结构相同，且以中间区域对称分布，左区域和右区域均设有多个三角形减重槽；所述基板的反面为一平面，其上设有多个用于安装光学组件的螺纹孔，多个螺纹孔均开设在三角形减重槽的槽壁上。

技术领域

本发明涉及航天光机载荷系统的主支撑结构，具体涉及一种用于大口径全谱段高光谱载荷的SiC主支撑结构。

背景技术

随着航天遥感技术的发展，作用距离越来越远，测量精度越来越高，必然带来光学口径越来越大。对于大口径光学遥感设备，主支撑结构作为遥感设备的骨架结构，必须保证光学系统的高稳定性和高可靠性，遥感设备主支撑结构主要有薄壁筒式、盒式、框架式、桁架式等形式。

薄壁筒式主支撑结构具有刚度高、整体结构稳定性好、方便检测和装调、且利于温度控制和杂散光的抑制等特点，一般用于对结构稳定性要求很高，而对重量控制较为宽松的支撑结构中，其缺点是重量较大，减重率较低，不适用于轻量化、高精度、高稳定的遥感相机。

盒式主支撑结构的刚度和强度高、整体稳定性好，主要用于多反离轴类复杂光学系统相机中。高强度的盒式结构重量较大，随着空间相机轻量化程度的提高，盒式结构逐渐被更轻量的结构所取代。

框架式主支撑结构的刚度十分优异，空间稳定性好，轻量化程度较低，适用于中小型离轴系统的主支撑结构，但不适用于轻量化程度高的遥感相机。

桁架式支撑结构的特点是比刚度高、装配灵活、形式简单，具有很强的可设计性，普遍适用于大中型、单反和多反、同轴以及离轴空间相机中，但不适用于轻量化、高精度、高稳定的遥感相机。

随着对遥感相机严苛的轻量化、高精度、高稳定性要求，其中主支撑结构需要具备以下特点：(1)良好的动态力学性能和模态分布，避免光学载荷与卫星平台产生共振，造成结构破坏；(2)良好的力学性能，主支撑结构受力变形引起的光学元件变形和位置变化需在设计要求范围内；(3)高热稳定性，环境温度改变情况下，主支撑结构要保证具有稳定的形状和尺寸；(4)由于承载的载荷较多，主支撑结构需具有多光学载荷的调试便捷性；(5)主支撑结构与光学元件的接口要合理，减小装配应力的传递；(6)良好的加工与装配性能，上述主支撑结构由于存在或多或少的缺点，难以满足实际需要。

空间遥感相机主支撑结构的发展呈现以下特点，结构形式上为一体化和组合式两方面。主支撑结构的一体化设计是将光学元件各部分的支撑件集成在一起(一体成型)，可以去掉大量的埋件和连接件，既减轻了重量，又减弱了支撑件的连接应力和变形，但是，目前采用局部一体化支撑结构仅适用于小型空间相机中。

组合式主支撑结构是结合两种或多种支撑形式，通过优势互补组合成新的支撑结构。典型的薄壁筒式和杆式组合结构具有良好的动态刚度和整体稳定性，同时易加工和装调。国内外较为传统的常用主支撑结构材料主要有硬铝合金、钛合金和殷钢。硬铝合金主要应用在轻量化程度较高而热稳定性要求较低的空间相机主支撑结构中；钛合金线胀系数小，普遍用于空间相机中；殷钢具有高强度和线胀系数可设计的特点，用于反射镜材料不同的空间相机主支撑结构中。

以上是较为传统的空间相机主支撑结构材料，随着材料业的发展，各种新型材料不断应用于制作空间相机主支撑结构。目前，材料比刚度较高并且材料成型工艺已获得较大发展的主要有碳纤维，碳纤维复合材料具有比刚度大、强度高、阻尼大、密度小、膨胀系数低和性能可设计等特点，符合空间光学相机光、机、热一体化设计的要求，已经广泛应用于空间相机的主支撑结构中。由于碳纤维材料的各项异性，空间主支撑结构需要大量的金属埋件，导致支撑结构的综合质量上升，很难同时满足高刚度和超轻两方面要求，同时复杂工况下难以保证支撑结构整体的稳定性。