一种径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件制造技术

本发明专利技术公开了一种径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件。该组件包括反射镜主体、径向挠性支撑座、镜架以及中心定位轴；反射镜主体背面沿圆周方向均布多个粘接点；径向挠性支撑座上沿圆周方向均匀设置与所述多个粘接点一一对应的用于粘接反射镜主体的多个挠性单元；径向挠性支撑座固定安装于镜架上；中心定位轴一端同轴固定于所述径向挠性支撑座上，另一端同轴插装于反射镜主体的中心孔内，并用RTV胶粘接。本发明专利技术采用基于多点挠性支撑为主支撑，辅以中轴定位，实现反射镜在不同方位角、不同温度下的重力场、热场耦合条件下的稳定支撑。

A kind of large aperture variable azimuth mirror module adapted to radial thermodynamic flexibility

【技术实现步骤摘要】
一种径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件
本专利技术涉及一种大口径反射镜，尤其涉及一种径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件。
技术介绍
随着观测目标特性的变化及人们对观测目标信息的细节化、多样化需求，应用于天文、军事、航天及民用领域的光学仪器需具备不断趋于大口径的主镜来满足上述需求。而诸多场合(天文观测、靶场测量等)需要主反射镜相对于地球重力场运动从而指向、跟踪被测目标，即需要大口径主反射镜的变方位运动。另一方面，光学仪器所处环境并非恒定，仪器通常需要在一定温变范围内保持良好的观测性能，这就要求光学仪器的核心组件---主镜组件兼顾重力场适应性及热应力适应性。工程实践中，口径超过600mm的反射镜一般采用机械浮动、液压、气动等支撑方式实现主反射镜的可靠支撑，保证良好的镜面面型及较小的刚体位移。基于杠杆平衡的多点机械浮动支撑对大口径变方位反射镜面型保证效果良好，但其因结构移动或热胀冷缩引起的杠杆支点位置变化会引起反射镜面型的变化，即其热应力耦合较大，温度适应范围较窄；液压、气动支撑虽可避免机械浮动支撑的缺点，但其系统庞大复杂，装配要求较高、机动性差。
技术实现思路
为了解决现有大口径反射镜，采用多点机械浮动支撑时因结构移动或热胀冷缩引起的杠杆支点位置变化会引起反射镜面型的变化问题，以及采用液压、气动支撑时结构庞大复杂，装配要求较高、机动性差的问题，本专利技术提出了一种径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件。本专利技术的主要设计思路是：针对反射镜主体采用背部多点挠性支撑为主支撑，辅以中轴定位，实现反射镜在不同方位角、不同温度下的重力场、热场耦合条件下的稳定支撑。本专利技术解决其技术问题所采用的具体技术方案是：本专利技术提供了一种径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件，包括反射镜主体、径向挠性支撑座、镜架以及中心定位轴；反射镜主体背面沿圆周方向均布多个粘接点；径向挠性支撑座上沿圆周方向均匀设置与所述多个粘接点一一对应的用于粘接反射镜主体的多个挠性单元；径向挠性支撑座固定安装于镜架上；中心定位轴一端同轴固定于所述径向挠性支撑座上，另一端同轴插装于反射镜主体的中心孔内，并用RTV胶粘接。进一步地，上述挠性单元包括第一变形槽以及第二变形槽；第一变形槽由依次连通的第一圆弧通槽、第二圆弧通槽以及第三圆弧通槽组成，第一圆弧通槽和第三圆弧通槽的曲率半径相同；第二变形槽包括依次连通的第四圆弧通槽、第五圆弧通槽以及第六圆弧通槽，第四圆弧通槽和第六圆弧通槽的曲率半径相同；其中，第一圆弧通槽和第四圆弧通槽之间形成第一弧形筋板，第二圆弧通槽和第五圆弧通槽之间形成粘接圆柱，第三圆弧通槽和第六圆弧通槽之间形成第二弧形筋板，且第一弧形筋板、粘接圆柱、第二弧形筋板依次连接。进一步地，每个挠性单元沿径向挠性支撑座径向方向的刚度满足以下条件：其中，ri代表第一弧形筋板和/或第二弧形筋板靠近径向挠性支撑座中心一侧弧面的曲率半径；ro代表第一弧形筋板和/或第二弧形筋板远离径向挠性支撑座中心一侧弧面的曲率半径；θ代表第一变形槽和/或第二变形槽在分度角；t代表第一弧形筋板和/或第二弧形筋板的厚度；每个挠性单元沿径向挠性支撑座径向方向的抗弯截面系数满足以下关系：每个挠性单元绕径向挠性支撑座轴向方向的抗弯截面系数满足以下关系：需要说明的是：ro-ri(即第一弧形筋板和/或第二弧形筋板的宽度)为挠性单元的变形薄弱环节，属于较小的量，一般为1～2mm，t为单元厚度，相对为较大的量，一般为20mm，则由上式，单个挠性单元在沿径向挠性支撑座径向方向、绕径向挠性支撑座轴向方向扭转具有较小的刚度，而在其余方向具有足够的刚度。进一步地，所述径向挠性支撑座殷钢材料制成。且第一变形槽与第二变形槽均采用电火花一体加工成型。进一步地，为了方便粘接定位以及加工，所述粘接圆柱的粘接面高于所述径向挠性支撑座的上表面。(此处所说的上表面即为靠近反射镜主体背面的表面)。进一步地，为了确保反射镜主体的轻量化设计，反射镜主体的背部为三角形蜂窝式的轻量化结构。进一步地，为了防止重力场下反射镜主体边缘产生“塌边”效应，反射镜主体的背部边缘一周均匀设置有多个沿径向延伸的加强筋。进一步地，所述反射镜主体采用SiC材料制成。进一步地，所述镜架采用钛合金材料制成，中心定位轴采用低膨胀合金加工成型。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术针对大口径的反射镜主体，仅采用径向挠性支撑座中的多个挠性单元粘接辅以中轴定位即可完成其稳定可靠支撑，并且兼顾了重力场适应性与热力学适应性，对大口径变方位反射镜在宽工作温度条件下提供可靠的支撑，保证良好的反射镜面型精度及较小的刚体位移，同时采用SiC材料并设计高度轻量化的结构形式，避免了用常规玻璃材料的大质量带来的复杂结构支撑(机械浮动、液压/气动支撑)。2、本专利技术的挠性单元采用两个变形槽，使其具有高的离轴刚度比(离轴刚度比定义为非工作方向刚度与工作方向刚度之比)。在重力场下，单个挠性单元限制除沿径向挠性支撑座径向方向的自由度及沿径向挠性支撑座轴向方向的扭转自由度外的4个自由度，周向多处均布的挠性单元完全限制反射镜主体空间的3个方向平动及3个方向旋转，反射镜空间自由度的完全限制为重力场下变方位的空间位置提供了可靠的支撑。3、本专利技术的反射镜主体随光学系统通常需工作在一定宽温度范围内且保持良好的面型精度。采用多处均布的挠性单元，当工作温度相对于装调温度产生温差ΔT时，记反射镜主体的线胀系数为MCTE，挠性单元材料线胀系数为FCTE，挠性单元在主反射镜上支撑点分布半径为rS，则因材料线胀系数不完全匹配造成的接口处尺寸误差将为e＝(MCTE-FCTE)·rS·ΔT，而多个挠性单元的径向柔度将匹配适应因尺寸误差引起的热应力，保证主反射镜面型在重力场、热场耦合下的高精度。4、本专利技术提出的反射镜组件工由4个核心零件构成，在保证稳定可靠前提下简化了以往复杂的反射镜支撑方式，组件集成度高、小型化、性价比高，装配、调试、检测方便，不仅适用于地面大口径变方位反射镜的支撑，亦极度适用于微重力/无重力的空间环境；5、本专利技术采用的挠性支撑结构，相比于丝杠螺母、凸轮机构等传统机构，其变形主要建立在结构件薄弱环节的弹性变形上，完全消除了运动中的摩擦和粘滞，同时其免维护，可在真空、高低温等多种环境中使用，没有特殊的润滑需求，也完全避免了对光学系统的干扰和污染。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为反射镜主体示意图。图3为径向挠性支撑座的示意图。图4为挠性单元的局部结构示意图。图5为径向挠性单元关键尺寸参数示意图。附图标记如下：1-反射镜主体、2-径向挠性支撑座、3-镜架、4-中心定位轴、5-粘接点、6-挠性单元、7-三角形蜂窝结构、8-加强筋、10-第一变形槽、11-第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件，其特征在于：包括反射镜主体(1)、径向挠性支撑座(2)、镜架(3)以及中心定位轴(4)；/n反射镜主体(1)背面沿圆周方向均布多个粘接点(5)；/n径向挠性支撑座(2)上沿圆周方向均匀设置与所述多个粘接点(5)一一对应的用于粘接反射镜主体(1)的多个挠性单元(6)；/n径向挠性支撑座(2)固定安装于镜架(3)上；/n中心定位轴(4)一端同轴固定于所述径向挠性支撑座(2)上，另一端同轴插装于反射镜主体(1)的中心孔内，并用RTV胶粘接。/n

【技术特征摘要】
1.一种径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件，其特征在于：包括反射镜主体(1)、径向挠性支撑座(2)、镜架(3)以及中心定位轴(4)；
反射镜主体(1)背面沿圆周方向均布多个粘接点(5)；
径向挠性支撑座(2)上沿圆周方向均匀设置与所述多个粘接点(5)一一对应的用于粘接反射镜主体(1)的多个挠性单元(6)；
径向挠性支撑座(2)固定安装于镜架(3)上；
中心定位轴(4)一端同轴固定于所述径向挠性支撑座(2)上，另一端同轴插装于反射镜主体(1)的中心孔内，并用RTV胶粘接。


2.根据权利要求1所述的径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件，其特征在于：挠性单元(6)包括第一变形槽(10)以及第二变形槽(11)；第一变形槽(10)由依次连通的第一圆弧通槽(12)、第二圆弧通槽(13)以及第三圆弧通槽(14)组成，第一圆弧通槽(12)和第三圆弧通槽(14)的曲率半径相同；
第二变形槽(11)包括依次连通的第四圆弧通槽(15)、第五圆弧通槽(16)以及第六圆弧通槽(17)，第四圆弧通槽(15)和第六圆弧通槽(17)的曲率半径相同；
其中，第一圆弧通槽(12)和第四圆弧通槽(15)之间形成第一弧形筋板(18)，第二圆弧通槽(13)和第五圆弧通槽(16)之间形成粘接圆柱(19)，第三圆弧通槽(14)和第六圆弧通槽(17)之间形成第二弧形筋板(20)，且第一弧形筋板(18)、粘接圆柱(19)、第二弧形筋板(20)依次连接。


3.根据权利要求2所述的径向热力学挠性适应的大口径变方位反射镜组件，其特征在于：每个挠性单元(6)沿径向挠性支撑座径向方向的刚度满足以下条件：



其中，ri代表第一弧形筋板(18)和/或第二弧形筋板(20)靠近径向挠性支撑座中心一侧弧面的曲率半径；
ro代表第一弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕涛，阮萍，邱鹏，刘凯，段晶，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61