吉林一号轻型高分辨空间相机碳纤维桁架支撑技术

发布时间：2021-09-05 00:02

　　从吉林一号卫星某空间相机的实际应用角度出发,提出采用基于碳纤维复合材料的高精密薄壁筒和桁架杆作为主、次反射镜间的支撑结构,并完成相关设计和工程分析。深入开展相关振动、静力和温度稳定性试验,分析和试验结果表明,所提的支撑结构具有较好的结构稳定性和抗视轴抖动性能,碳纤维桁架的质量仅为2.11 kg,当基频达到186 Hz时,在重力和4℃温升条件下的稳定性优于1″。对在轨获取的全色遥感影像进行动态传函（MTF）分析,结果表明空间相机在轨动态MTF值为0.08,进一步证明CFRP桁架结构支撑技术的可靠性和有效性。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(21)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

主、次镜的位置关系示意图

根据光学系统的边缘光线追迹原理,完成次反射镜支撑结构的空间布局,设计的薄壁筒式和薄壁筒桁架组合式构型如图2所示。薄壁筒式结构因其具有高刚度和易装调等优点,广泛应用在中小型空间相机中,但是其具有热控功耗高和轻量化程度低的缺点,在质量要求严格的条件下不能成为优选的构型。桁架式结构基于变构件弯曲载荷为拉压载荷的结构设计理念,具有质量轻、比刚度高、结构紧凑、尺寸稳定和适于长焦距光学系统布局等优点,在保证光学系统高空间分辨率的同时,可以最大程度地降低结构质量且热耗低。表1为两种构型参数的对比结果,其中TC4为钛合金材料。从表1可以看到,薄壁筒桁架组合式结构是轻型高分辨空间相机次反射镜支撑结构的优选构型。

鉴于主承力系统的特异性,分别对主承力系统的薄壁筒区域和桁架区域进行局部优化设计。CFRP主承力系统是由单层板按照不同的角度铺设而成的,单层板的厚度约为0.15 mm,结构如图3所示。考虑到复合材料工艺生产的可行性、光学系统的遮拦比以及相机镜头宏观体积预算,桁架的横截面面形为优选的回字形,初步确定桁架宽度为L1、薄壁筒外径为r2,薄壁筒厚度h由光学系统的口径r1与相机镜头质量和薄壁筒外径尺寸r2决定,并采用拓扑优化法进一步确定主要的设计参数L1、L2、h及桁架厚度d的初值。利用软件编程并结合可操作的生产工艺,计算薄壁筒区域和桁架区域的最佳铺设结果。经过几次迭代优化后,最终确定主承力系统的薄壁筒壁厚、桁架壁厚和横截面的长宽尺寸。CFRP主承力系统中桁架结构的最终质量为2.11 kg,满足总体指标的设计要求。2.4 CFRP桁架结构的工程分析

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3384262