[发明专利]一种准零膨胀空间光学遥感器支撑结构及方法

摘要

本发明属于空间光学遥感技术领域，涉及一种准零膨胀空间光学遥感器支撑结构及方法。结合桁架的几何构型，基于支撑框的径向变形会导致主反射镜与次反射镜间距变化的特点，建立了顶部支撑框和支撑桁架杆两者线膨胀系数间的联系。当受到外界温度载荷时，两者在光轴方向(主反射镜与次反射镜连线方向)的变形可以相互补偿，最终实现整体桁架结构轴向准零膨胀的效果。同时，为缓解在顶部支撑框径向变形时，导致相邻支撑桁架杆在接头位置产生弯矩，顶部接头局部采用细颈结构，有效释放热应力及其他装配应力。解决了因目前光学遥感器单一通过降低各传递路径上材料线胀或采取精密温控提高在轨稳定性，造成的成本高及实施难度大的问题。

主权项

1.一种准零膨胀空间光学遥感器支撑结构，包括底部支撑框与顶部支撑框；其特征在于：还包括底部接头(8)、顶部接头(9)及位于底部接头(8)与顶部接头(9)之间的n层支撑桁架杆单元；其中n大于等于1；当n大于1时，还包括设置在相邻两层支撑桁架杆单元之间的n‑1个环状横梁(16)；所述顶部接头(9)包括顶部接头安装座(15)与固定在顶部接头安装座(15)上的两个细颈连接件(13)；所述顶部接头安装座(15)固定在顶部支撑框(2)和/或环状横梁(16)上；所述细颈连接件(13)包括大端部(131)及小端部(132)，小端部(132)与顶部接头安装座(15)固连；所述底部接头(8)包括接头端(81)与底部接头安装面(82)，两个接头端(81)固定在一个底部接头安装面(82)上，底部接头安装面(82)固定在底部支撑框(1)上；顶部接头(9)与底部接头(8)在水平投影面上呈交错布置，周向相位角均匀分布，径向位置一致；每层支撑桁架杆单元包括m个支撑桁架杆(3)，其中m为大于等于6的偶数；当n等于1时，一个支撑桁架杆的两端通过细颈连接件(13)的大端部(131)、底部接头(8)的接头端(81)分别与顶部支撑框(2)及底部支撑框(1)连接；当n大于1时，第一层支撑桁架杆单元(17)中的支撑桁架杆(3)的两端通过细颈连接件(13)的大端部(131)、底部接头(8)的接头端(81)分别与环状横梁(16)及底部支撑框(1)连接；第二层支撑桁架杆单元(18)至第n层支撑桁架杆单元(19)中的支撑桁架杆(3)的两端均通过细颈连接件(13)的大端部(131)固定在相邻两个环状横梁(16)之间或顶部支撑框(2)与环状横梁(16)之间；各层支撑桁架杆单元中相邻支撑桁架杆(3)与底部支撑框(1)、顶部支撑框(2)或环状横梁(16)形成三角构型；所述底部支撑框(1)、底部接头(8)和顶部接头安装座(15)均采用碳纤维增强SiC陶瓷复合材料，所述顶部支撑框(2)、环状横梁(16)和支撑桁架杆(3)均采用碳纤维/环氧树脂复合材料，所述细颈连接件(13)采用低膨胀铁镍合金；顶部支撑框(2)或环状横梁(16)与支撑桁架杆(3)的线膨胀系数满足以下关系：其中，为顶部支撑框(2)或环状横梁(16)的线膨胀系数设计值，R为顶部支撑框(2)或环状横梁的半径，θ为相邻两个顶部接头(9)与顶部支撑框或环状横梁的中心连线的夹角，ΔT₁为顶部支撑框或环状横梁(16)的温度变化范围；l为顶部接头安装座(15)与底部接头安装面(82)沿支撑桁架杆(3)方向的总长度；l_c为支撑桁架杆(3)的长度，为支撑桁架杆(3)的线胀系数设计值；l_j为顶部接头安装座(15)沿支撑桁架杆方向的长度与底部接头(8)沿支撑桁架杆方向的长度之和；碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的线胀系数；l_i细颈连接件的长度，为铁镍合金的线胀系数；ΔT₂为支撑桁架杆、底部接头、顶部接头的温度变化范围。