一种高隔热效率小热应力影响的低温光学系统支撑装置

技术领域

本发明属于航天光学遥感器低温光学领域，涉及一种高隔热效率小热 应力影响的低温光学系统支撑装置。

背景技术

随着航天光学遥感器技术的迅速发展，对光学遥感器深空低温背景红 外探测能力的要求也越来越高，对于这种类型的光学遥感器，一般需要低 温光学系统实现对深空背景低温目标的探测，为了减小低温光学系统的漏 热，降低遥感器对空间制冷系统能力的要求，并减小光学系统的热变形和 热应力，保证光学系统的精度，高隔热效率、小热应力影响的支撑结构设 计具有非常重要的意义。目前国内外低温系统的支撑经常采用的结构形式 主要有：塑料隔热套筒、玻璃钢拉杆等。采用塑料隔热套筒的形式很难兼 顾隔热效率和支撑刚度的要求，对于温差很大的低温光学系统支撑难于实 现；玻璃钢拉杆支撑尽管可以适当提高隔热效率并保证一定的支撑刚度， 但是由于热变形会对光学系统产生很多大的作用力，会造成低温光学系统 的变形，严重影响成像质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高隔热效率小 热应力影响的低温光学系统支撑装置，该装置通过创新性的采用双玻璃钢 隔热环的支撑结构形式，极大的提高了低温光学系统支撑装置的隔热效 率，并且减小了热应力对光学系统的影响，从而保证了光学系统的精度要 求，提高光学系统的探测能力。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种高隔热效率小热应力影响的低温光学系统支撑装置，包括支撑内 环、支撑外环、第一隔热环、第二隔热环、过渡块、第一支撑块和第二支 撑块，其中光学系统置于支撑内环内部并与支撑内环连接，支撑内环与第 二隔热环通过均布在支撑内环圆周上的三个第二支撑块固定连接，第二隔 热环与第一隔热环通过均布在第二隔热环圆周上的三个过渡块固定连接， 第一隔热环与支撑外环通过均布在支撑外环圆周上的三个第一支撑块固 定连接，其中支撑外环为支撑装置的高温端，支撑内环为支撑装置的低温 端。

在上述高隔热效率小热应力影响的低温光学系统支撑装置中，第一支 撑块与第二支撑块位置的连线通过支撑内环的中心，且第一支撑块、第二 支撑块与过渡块错开排列，使得任意第一支撑块、第二支撑块与相邻的过 渡块之间的夹角为60°。

在上述高隔热效率小热应力影响的低温光学系统支撑装置中，支撑内 环与第二隔热环之间通过分别穿过支撑内环、第二支撑块和第二隔热环的 螺钉固定连接，第二隔热环与第一隔热环之间通过分别穿过第二隔热环、 过渡块和第一隔热环的螺钉固定连接，第一隔热环与支撑外环之间通过分 别穿过第一隔热环、第一支撑块和支撑外环的螺钉固定连接。

在上述高隔热效率小热应力影响的低温光学系统支撑装置中，支撑内 环与三个第二支撑块为一体化设计，支撑外环与三个第一支撑块为一体化 设计，三个过渡块为独立设计。

在上述高隔热效率小热应力影响的低温光学系统支撑装置中，支撑内 环、支撑外环、过渡块、第一支撑块和第二支撑块均为钛合金或者不锈钢 制备。

在上述高隔热效率小热应力影响的低温光学系统支撑装置中，第一隔 热环与第二隔热环为玻璃钢复合材料制备。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明低温光学系统支撑装置的支撑外环通过圆周均布的三个第 一支撑块a1、a2、a3与第一隔热环固定连接，第二隔热环通过圆周均布 的三个过渡块b1、b2、b3与第一隔热环固定连接，支撑内环通过圆周均 布的三个第二支撑块c1、c2、c3与第二隔热环固定连接，上述结构形式 使得热量从高温端到低温端的传导路径被延长，即增大了高温端与低温之 间的热阻，从而极大的提高了支撑装置的隔热效率；

(2)本发明低温光学系统支撑装置的双隔热环结构形式由于力的作 用点与相对固定点之间的距离很长，并且两个隔热环均为玻璃钢复合材料 制备，支撑内环、支撑外环、过渡块和两组支撑块均为钛合金制备，玻璃 钢的弹性模量相对钛合金较小，因此，玻璃钢材料的隔热环就成为了支撑 装置中的柔性环节，承受了主要的热变形，可以极大的减小支撑装置作用 到光学系统上的作用力，从而可以保证低温下光学系统的精度；

(3)本发明低温光学系统支撑装置可以很好的保证光学系统的精度 要求，提高光学系统的探测能力，并且其结构形式可以根据需要用于其它 地面以及空间对隔热效率以及热应力水平要求较高的低温系统支撑，具有 较广的应用范围。

附图说明

图1为本发明低温光学系统支撑装置结构示意图；

图2为本发明低温光学系统支撑装置结构剖面图；

图3为本发明低温光学系统支撑装置中第一隔热环的受力图；

图4为本发明低温光学系统支撑装置中第二隔热环的受力图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明低温光学系统支撑装置结构示意图，图2所示 为本发明低温光学系统支撑装置结构剖面图，由图可知该支撑装置包括支 撑内环2、支撑外环3、第一隔热环4、第二隔热环5、三个过渡块6、三 个第一支撑块7和三个第二支撑块8，其中光学系统1放置于支撑内环2 内部并与支撑内环2连接，支撑内环2与第二隔热环5通过均布在支撑 内环2圆周上的三个第二支撑块8(图1中的c1、c2、c3)固定连接， 支撑内环2与三个第二支撑块c1、c2、c3为一体化设计，且螺钉分别穿 过支撑内环2、第二支撑块8和第二隔热环5，将支撑内环2与第二隔热 环5固定连接，见图2所示。

第二隔热环5与第一隔热环4通过均布在圆周上的三个过渡块6(图 1中的b1、b2、b3)固定连接，三个过渡块b1、b2、b3为独立设计， 夹在两个隔热环之间，并且螺钉分别穿过第二隔热环5、过渡块6和第一 隔热环4，将第二隔热环5与第一隔热环4固定连接，见图2所示。

第一隔热环4与支撑外环3通过均布在支撑外环3圆周上的三个第 一支撑块7(图1中的a1、a2、a3)固定连接，支撑外环3与三个第一 支撑块a1、a2、a3为一体化设计，且螺钉分别穿过第一隔热环4、第一 支撑块7和支撑外环3，将第一隔热环4与支撑外环3固定连接，见图2 所示。

本实施例中第一支撑块7与第二支撑块8的排布方式一致，使得第 一支撑块7与第二支撑块8位置的连线通过支撑内环2的中心，第一支 撑块7/第二支撑块8与过渡块6错开排列，使得任意第一支撑块7/第二 支撑块8与相邻的过渡块6之间的夹角为60°，如图1所示，a1、c1的 连线、a2、c2的连线、a3、c3的连线均通过支撑内环2的中心，a1/c1 与b2或b3之间的夹角均为60°，a2/c2与b2或b1之间的夹角均为60°， a3/c3与b1或b3之间的夹角均为60°。

支撑内环2、支撑外环3、过渡块6、第一支撑块7和第二支撑块8 均为钛合金制备，第一隔热环4与第二隔热环5均为玻璃钢复合材料制 备。其中支撑外环3为环境温度(高温端)，支撑内环2和光学系统1连 接，为支撑装置的低温端。

通过图1、2可以看出本发明支撑装置的结构形式使得热量从高温端 到低温端的传导路径被延长，这样就增大了高温端与低温之间的热阻，从 而提高了该结构形式的隔热效率。并且该结构形式由于力的作用点与相对 固定点之间的距离很长，如图3、4所示分别为本发明低温光学系统支撑 装置中第一隔热环、第二隔热环的受力图，并且玻璃钢的弹性模量相对钛 合金较小，因此，玻璃钢材料的隔热环就成为了该结构组件中的柔性环节， 承受了主要的热变形，可以极大的减小支撑装置作用到光学系统1上的作 用力，从而可以保证低温下光学系统的精度，提高光学系统1的探测能力。

随着深空探测对红外探测能力要求的提高，目前国内在研的空间相机 光学系统温度为120K，国外已有相机要求光学系统温度达到10K以下， 本发明支撑装置正是针对上述对低温光学系统的支撑结构的高要求进行 的结构设计，其结构形式可以根据需要用于其它地面以及空间对隔热效率 以及热应力水平要求较高的低温系统支撑，具有较广的应用范围。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围 内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公 知技术。