本发明属于空间光学遥感技术领域，尤其是涉及一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构。
背景技术：
大口径长焦距同轴光学系统空间相机，一般是指口径1m以上的相机，次镜及其支撑结构位于光线入口，主次间距大，次镜安装精度要求高，因此对支撑结构的比刚度、遮拦比、自重变形、温升变形和振动响应等都有严格要求。传统桁架式结构外包络大且需要额外遮光结构，难以控制整机尺寸及重量；a型桁架杆式结构比刚度低，受次镜重量影响较大，难以满足大口径光学系统中自重变形及振动响应等要求。针对上述缺点，提出一种兼顾遮光及传力路径的主支撑结构，该结构外包络小、比刚度高，在一定口径焦距范围内具有明显的重量优势的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，兼顾遮光及传力路径，且该结构外包络小、比刚度高，在一定口径焦距范围内具有明显的重量优势。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，包括镜桁架组件和前筒组件，所述次镜桁架组件包括次镜接头、三个次镜桁架杆、若干桁架杆左夹块和若干桁架杆右夹块，在次镜接头下表面设有次镜组件接口，在次镜接头的侧壁均匀设置三个粘接安装面，并配有相应螺纹孔，用于与三个次镜桁架杆连接；
所述前筒组件包括筒身、纵筋、纵筋上接头和纵筋下接头，所述筒身、纵筋和次镜桁架杆均采用碳纤维复合材料，在筒身内壁从上到下均匀布置若干环筋；在筒身的上端布置上翻边，筒身的下端布置下翻边；
所述纵筋设置三根，均匀布置于筒身的外壁，并每根纵筋的上端通过一个纵筋上接头与筒身的上翻边的底表面连接，每根纵筋的下端通过一个纵筋下接头与筒身的下翻边的上表面连接；
每个次镜桁架杆的一端的侧壁与次镜接头侧壁的相应粘接安装面粘接，另一端通过桁架杆左夹块和桁架杆右夹块与上翻边的顶表面连接，三根纵筋与上翻边连接位置和三个次镜桁架杆与上翻边连接位置上下一一对应布置，同一组的桁架杆左夹块和桁架杆右夹块与相对应的次镜桁架杆的侧壁粘接。
进一步的，上翻边的截面形状为n字型，在上翻边内布置若干短筋，短筋与上翻边胶接加螺接。
进一步的，在筒身底部均匀布置多个下脚盒；所述下脚盒截面形状为l型，下脚盒的两侧面分别与筒身外壁和筒身的下翻边的上表面贴合；在筒身内壁对应每个下脚盒位置处分别设有一为下脚盒侧壁固定提供连接螺纹的脚盒埋件。
进一步的，在每组桁架杆左夹块和桁架杆右夹块与上翻边的顶表面连接处均设有一上垫片，三个上垫片与三根纵筋位置一一对应，每个上垫片与相对应的纵筋的纵筋上接头螺接加胶接连接。
进一步的，在筒身的下翻边的下表面布置若干用于与外部接口连接的下垫片，若干下垫片与若干纵筋下接头和若干下脚盒位置对应；所有下垫片与相对应的纵筋下接头或下脚盒螺接加胶接。
进一步的，所述纵筋与筒身、纵筋上接头和纵筋下接头粘接并辅以螺接保护。
进一步的，三个次镜桁架杆的结构相同，横截面形状均为口字型。
进一步的，所述次镜桁架杆两端分别塞入用于提高螺接处局部刚度的桁架杆埋件。
进一步的，所述次镜接头的中心材料去除，为空心结构。
进一步的，纵筋截面形状为几字型。
相对于现有技术，本发明所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构具有以下优势：
本发明采用筒式主体结构并辅以纵筋连接次镜桁架组件与底部安装点，在减小产品包络、满足遮光需求的同时，提高传力路径位置刚度，减小相机自重变形，在达到相机同等指标要求下，可采用更薄筒壁，大幅减小产品质量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构的结构示意图；
图2为次镜桁架组件的结构示意图；
图3为前筒组件的结构示意图。
附图标记说明：
1-次镜桁架组件，2-前筒组件，3-次镜接头，4-次镜桁架杆，5-桁架杆左夹块，6-桁架杆右夹块，7-桁架杆埋件，8-筒身，9-短筋，10-纵筋，11-纵筋上接头，12-纵筋下接头，13-下脚盒，14-脚盒埋件，15-上垫片，16-下垫片，17-次镜组件接口，18-上翻边，19-下翻边。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图3所示，一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，包括次镜桁架组件1和前筒组件2，所述次镜桁架组件1包括次镜接头3、三个次镜桁架杆4、若干桁架杆左夹块5和若干桁架杆右夹块6，在次镜接头3下表面设有次镜组件接口17，在次镜接头3的侧壁均匀设置三个粘接安装面，并配有相应螺纹孔，用于与三个次镜桁架杆4连接；
所述前筒组件2包括筒身8、纵筋10、纵筋上接头11和纵筋下接头12，所述筒身8、纵筋10和次镜桁架杆4均采用碳纤维复合材料，在筒身8内壁从上到下均匀布置若干环筋；在筒身8的上端布置上翻边18，筒身8的下端布置下翻边19；
所述纵筋10设置三根，均匀布置于筒身8的外壁，并每根纵筋10的上端通过一个纵筋上接头11与筒身8的上翻边18的底表面连接，每根纵筋的下端通过一个纵筋下接头12与筒身8的下翻边19的上表面连接；
每个次镜桁架杆4的一端的侧壁与次镜接头3侧壁的相应粘接安装面粘接，另一端通过桁架杆左夹块5和桁架杆右夹块6与上翻边18的顶表面连接，三根纵筋与上翻边18连接位置和三个次镜桁架杆与上翻边18连接位置上下一一对应布置，同一组的桁架杆左夹块5和桁架杆右夹块6与相对应的次镜桁架杆4的侧壁粘接。
上翻边18的截面形状为n字型，在上翻边18内布置若干短筋9，短筋9与上翻边18胶接加螺接，通过设置若干短筋9，加强了筒身8上部的刚度，使得次镜桁架组件1不发生变形，影响使用。
在筒身8底部均匀布置多个下脚盒13；所述下脚盒13截面形状为l型，下脚盒13的两侧面分别与筒身8外壁和筒身8的下翻边19的上表面贴合；在筒身8内壁对应每个下脚盒13位置处分别设有一为下脚盒13侧壁固定提供连接螺纹的脚盒埋件14，增强整个筒身的刚度，使得筒身不易发生变形。下脚盒13数量共九个，与纵筋下接头12位于同一安装表面，且下脚盒13、纵筋下接头12共十二个呈30°均布。
在每组桁架杆左夹块5和桁架杆右夹块6与上翻边18的顶表面连接处均设有一上垫片15，三个上垫片15与三根纵筋10位置一一对应，每个上垫片15与相对应的纵筋10的纵筋上接头11螺接加胶接连接。
在筒身8的下翻边19的下表面布置若干用于与外部接口连接的下垫片16，若干下垫片16与若干纵筋下接头12和若干下脚盒13位置对应；所有下垫片16与相对应的纵筋下接头12或下脚盒13螺接加胶接。所述纵筋10与筒身8、纵筋上接头11和纵筋下接头12粘接并辅以螺接保护。
三个次镜桁架杆的结构相同，横截面形状均为口字型。如此设置以显著提高相机的轴向刚度；次镜桁架杆4两端分别塞入用于提高螺接处局部刚度的桁架杆埋件7。
次镜接头3的中心材料去除，为空心结构，具有减重的效果。纵筋10截面形状为几字型，如此设置，便于粘接，且力学效果好。
一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构的组装方法，首先，借助适当模具，将碳纤维复合材料预浸料按照指定的铺层角度、顺序，完成次镜桁架杆4、桁架杆埋件7、筒身8、短筋9及纵筋10的铺放成型，铺放角度选取尽量保证纤维的连续性，并兼顾结构力学性能。
参见附图2，对次镜桁架组件1进行安装。将次镜接头3、桁架杆左夹块5和桁架杆右夹块6通过螺栓、定位销钉固定锁紧；试装次镜桁架杆4，次镜桁架杆4共三根且呈120°均布，两端分别与次镜接头3和桁架杆左夹块5、桁架杆右夹块6侧壁连接。试装完成后对各粘接表面胶接固化，完成桁架组件1的装配。
参见附图3，对前筒组件2进行安装。依次将筒身8、纵筋上接头11、纵筋下接头12和下脚盒13通过螺栓、定位销钉固定锁紧；纵筋上接头11安装于筒身8前端加强环底部，共三个且呈120°均布；纵筋下接头12安装于筒身8底部翻边上侧，共三个且位置与纵筋上接头11在筒身轴向方向一一对应；下脚盒13数量共九个，与纵筋下接头12位于同一安装表面，且下脚盒13、纵筋下接头12共十二个呈30°均布；安装过程中需保证纵筋上接头11、纵筋下接头12、下脚盒13与筒身8外壁贴合。试装纵筋10和脚盒埋件14，需保证纵筋10各粘接面与筒身8、纵筋上接头11、纵筋下接头12外壁贴合，试装完成后对各粘接表面胶接固化，并对纵筋10与纵筋上接头11、纵筋下接头12、筒身8相应配合处配打螺钉以加强连接。之后粘接上垫片15和下垫片16；上垫片15安装于筒身8的上翻边18的顶表面，共三个且位置与纵筋上接头11对应；下垫片16安装于筒身8下翻边19的下表面，共十二个且位置与纵筋下接头12、下脚盒13对应。对各粘接表面胶接固化，完成前筒组件2的装配。
次镜桁架组件1、前筒组件2中各部件所有接触面均需涂胶。次镜桁架组件1、前筒组件2分别装配完毕后，通过桁架杆左夹块5、桁架杆右夹块6与上垫片15连接，连接方式采用螺接方式，至此完成一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构。
使用时，通过次镜组件接口连接相机的次镜组件，通过若干下垫片16安装在配合的安装平板上，安装完毕后，等待使用。
由于相机口径一定，相机主支撑结构若采用桁架式结构，为避免挡光各根桁架杆需在光线更外侧搭接布置，造成相机整体包络增大；而本申请采用的筒式结构可以紧沿光线布置，减小包络；并且若采用桁架式结构，为避免杂光进入系统还需额外设置遮光罩，使装配难度增加，而本申请采用的筒式结构周向封闭，无需额外遮光罩，既减小了装配难度，又减轻了重量。
碳纤维筒式结构由于成型工艺限制，通常不设置加强筋，筒身各处沿轴向刚度一致。而这种结构为了达到相机次镜自重变形要求，需要筒身厚度设置较厚，这就使得相机增重明显。而本申请在次镜桁架组件与筒身连接处至筒身下端接口处增设纵筋，提高传力路径位置刚度，可大幅减小次镜自重变形，在满足相机相关设计指标要求的情况下，可以实现筒身薄壁设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：包括次镜桁架组件(1)和前筒组件(2)，所述次镜桁架组件(1)包括次镜接头(3)、三个次镜桁架杆(4)、若干桁架杆左夹块(5)和若干桁架杆右夹块(6)，在次镜接头(3)下表面设有次镜组件接口(17)，在次镜接头(3)的侧壁均匀设置三个粘接安装面，并配有相应螺纹孔，用于与三个次镜桁架杆(4)连接；
所述前筒组件(2)包括筒身(8)、纵筋(10)、纵筋上接头(11)和纵筋下接头(12)，所述筒身(8)、纵筋(10)和次镜桁架杆(4)均采用碳纤维复合材料，在筒身(8)内壁从上到下均匀布置若干环筋；在筒身(8)的上端布置上翻边(18)，筒身(8)的下端布置下翻边(19)；
所述纵筋(10)设置三根，均匀布置于筒身(8)的外壁，并每根纵筋(10)的上端通过一个纵筋上接头(11)与筒身(8)的上翻边(18)的底表面连接，每根纵筋的下端通过一个纵筋下接头(12)与筒身(8)的下翻边(19)的上表面连接；
每个次镜桁架杆(4)的一端的侧壁与次镜接头(3)侧壁的相应粘接安装面粘接，另一端通过桁架杆左夹块(5)和桁架杆右夹块(6)与上翻边(18)的顶表面连接，三根纵筋与上翻边(18)连接位置和三个次镜桁架杆与上翻边(18)连接位置上下一一对应布置，同一组的桁架杆左夹块(5)和桁架杆右夹块(6)与相对应的次镜桁架杆(4)的侧壁粘接。
2.根据权利要求1所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：上翻边(18)的截面形状为n字型，在上翻边(18)内布置若干短筋(9)，短筋(9)与上翻边(18)胶接加螺接。
3.根据权利要求1所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：在筒身(8)底部均匀布置多个下脚盒(13)；所述下脚盒(13)截面形状为l型，下脚盒(13)的两侧面分别与筒身(8)外壁和筒身(8)的下翻边(19)的上表面贴合；在筒身(8)内壁对应每个下脚盒(13)位置处分别设有一为下脚盒(13)侧壁固定提供连接螺纹的脚盒埋件(14)。
4.根据权利要求1所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：在每组桁架杆左夹块(5)和桁架杆右夹块(6)与上翻边(18)的顶表面连接处均设有一上垫片(15)，三个上垫片(15)与三根纵筋(10)位置一一对应，每个上垫片(15)与相对应的纵筋(10)的纵筋上接头(11)螺接加胶接连接。
5.根据权利要求4所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：在筒身(8)的下翻边(19)的下表面布置若干用于与外部接口连接的下垫片(16)，若干下垫片(16)与若干纵筋下接头(12)和若干下脚盒(13)位置对应；所有下垫片(16)与相对应的纵筋下接头(12)或下脚盒(13)螺接加胶接。
6.根据权利要求1所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：所述纵筋(10)与筒身(8)、纵筋上接头(11)和纵筋下接头(12)粘接并辅以螺接保护。
7.根据权利要求1所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：三个次镜桁架杆的结构相同，横截面形状均为口字型。
8.根据权利要求7所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：所述次镜桁架杆(4)两端分别塞入用于提高螺接处局部刚度的桁架杆埋件(7)。
9.根据权利要求1所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：所述次镜接头(3)的中心材料去除，为空心结构。
10.根据权利要求1所述的一种大口径空间相机碳纤维薄壁圆筒式主支撑结构，其特征在于：纵筋(10)截面形状为几字型。
技术总结