[发明专利]一种空间光学载荷的运动学支撑结构

说明书

本发明属于空间光学遥感器技术领域，为了避免光学载荷由地面到空间环境产生变形的问题，提出一种空间光学载荷的运动学支撑结构，包括固定支撑腿、柔性支撑腿及细颈支撑腿；固定支撑腿、柔性支撑腿及细颈支撑腿均包括上法兰与下法兰，固定支撑腿、柔性支撑腿及细颈支撑腿均通过上法兰与光学载荷底部固定，均通过下法兰与外部卫星平台承力板固定；固定支撑腿约束光学载荷X、Y、Z三个方向的平动自由度；固定支撑腿和柔性支撑腿相互配合约束光学载荷绕Y轴和Z轴的旋转自由度；固定支撑腿和细颈支撑腿相互配合约束光学载荷绕X轴的旋转自由度。采用3‑2‑1约束形式，降低环境变化对结构形状的影响。可应用于空间遥感、航空摄像、环境监测等领域。

技术领域

本发明属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种空间光学载荷的运动学支撑结构。

背景技术

受发射力学环境、重力变化、温度变化等多种空间环境影响，光学载荷由地面到空间环境时，可能会产生不可预知的变形。这种变形虽然不大，但已远远超出光学允差范围，从而影响光学载荷性能。

通常的做法是，采用运动学支撑结构进行静定支撑，以减小潜在的应力变形。如果刚体任何一个运动自由度被多次约束，刚体将会因额外约束产生应力变形，运动学支撑不产生过约束，可实现静定支撑。国内外通常在高精度的光学组件上采用运动学设计，但对于光学载荷的支撑结构，缺少成熟的解决方案。

发明内容

为了避免光学载荷由地面到空间环境产生变形的问题，本发明提供一种力热稳定性好、空间环境适应性强的光学载荷支撑装置，采用3-2-1约束形式，三个支撑腿组合可以恰好完全约束光学载荷的六个空间自由度，降低环境变化对结构形状的影响。可应用于空间遥感、航空摄像、环境监测等领域。

本发明的技术方案是提供一种空间光学载荷的运动学支撑结构，其特殊之处在于：包括固定支撑腿、柔性支撑腿及细颈支撑腿；

固定支撑腿、柔性支撑腿及细颈支撑腿均包括上法兰与下法兰，固定支撑腿、柔性支撑腿及细颈支撑腿均通过上法兰与光学载荷底部固定，均通过下法兰与外部卫星平台承力板固定；

定义光学载荷底部所在平面为XY平面；固定支撑腿、柔性支撑腿及细颈支撑腿在Z向的高度相等；

固定支撑腿约束光学载荷X、Y、Z三个方向的平动自由度；固定支撑腿和柔性支撑腿相互配合约束光学载荷绕Y轴和Z轴的旋转自由度；固定支撑腿和细颈支撑腿相互配合约束光学载荷绕X轴的旋转自由度。

进一步地，在XYZ坐标系中，将固定支撑腿轴向中心坐标定义为(0，0，z)，则柔性支撑腿的轴向中心坐标为(x，0，z)，细颈支撑腿的轴向中心坐标为(0，y，z)。

进一步地，为了提高各支撑腿的支撑性能，固定支撑腿、柔性支撑腿及细颈支撑腿均采用刚度高、强度高且隔热性能较好的钛合金材料制作。

进一步地，为了在约束光学载荷X、Y、Z三个方向的平动自由度的同时保证在X、Y、Z三个方向上均有较大刚度，固定支撑腿还包括位于固定支撑腿上法兰与固定支撑腿下法兰之间、并与固定支撑腿上法兰与固定支撑腿下法兰同轴的正交十字交叉筋。

进一步地，优化后的正交十字交叉筋中筋板的宽度与固定支撑腿上法兰直径相等，小于固定支撑腿下法兰直径；定义筋板的长度方向为z向。

进一步地，为了满足柔性支撑腿刚度及柔性的需求，柔性支撑腿还包括位于柔性支撑腿上法兰与柔性支撑腿下法兰之间的一字柔片。沿柔片平面方向刚度较好，柔片法线方向刚度较差，受载荷作用易弯曲。

进一步地，优化后的一字柔片的宽度与柔性支撑腿上法兰直径相等，小于柔性支撑腿下法兰直径；定义一字柔片的长度方向为z向。