一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置的制作方法

本发明涉及一种航天光学遥感技术领域，特别是一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置。

背景技术：

大口径空间光学遥感器发展趋势有以下特点，首先是光学元件的体积和光路系统的焦距不断向超大、超长的方向发展，导致其支撑结构的尺寸、重量以及外载荷逐渐变大，遥感器的动力学环境急剧恶化，某些重要光学元件自身的结构强度已不能满足动应力作用下的安全裕值要求；其次是大口径空间光学遥感器趋向多点、微约束应力的光学元件支撑方式，进而实现面型在重力、热环境下的高稳定性，但该支撑方式带来进一步恶化的遥感器动力学响应。

为解决动力学响应逐渐恶化的趋势，需引入辅助支撑的概念。辅助支撑发射段将光学元件锁定降低动力学响应，在轨段解锁恢复光学元件自身静定支撑。辅助支撑锁定时不引入多余外应力，解锁时稳定可靠无冲击。具备上述特征的大口径空间光学遥感器微应力辅助锁定及解锁装置已成为镜头支撑技术中迫切需求的关键技术之一。目前，国内外大口径空间光学遥感器普遍采用的锁定及解锁技术有以下几类：

(1)使用绑扎分瓣螺母形式；

(2)使用电机机械锁定形式。

(3)使用记忆合金形式。

(4)使用胶环挤压形式。

但是上述设计形式都存在一定的技术限制，绑扎分瓣螺母可靠但只能实现一次锁定解锁，不可重复利用。电机机械锁定涉及活动机构，构型复杂，可靠性在力学环节难于保证。记忆合金锁定和解锁时的作动精度不高，多余应力难于控制。胶环压缩同样存在多余应力不能精确控制的工程技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，装置结构简单可靠，锁定/解锁平缓无冲击，可实现光学元件原位无应力锁定，原位无冲击解锁的功能。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，包括嵌套、消热环、力环、2个固定箍、胶座和热胀杆；其中，力环为中空柱体结构；热胀杆为杆状结构；热胀杆沿轴向设置在力环的内腔中；2个固定箍对称固定安装在热胀杆的中部外壁；且2个固定箍轴线垂直于热胀杆的轴线；消热环套装在热胀杆轴向一端的外壁；嵌套套装在消热环的轴端外壁处；嵌套的外壁与外部主镜内壁固定连接；胶座套装在力环的外壁；胶座轴向一端与2个固定箍固定连接；且胶座位于固定箍背向嵌套的一侧；胶座的外壁与外部背板内壁固定连接。

在上述的一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，所述的消热环为圆筒形多栅格结构。

在上述的一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，所述的热胀杆轴向两端的端面与力环轴向两端的内壁均为间隙配合。

在上述的一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，热胀杆轴向端面外壁与力环轴向端面内壁的间隙为0.01-0.03mm。

在上述的一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，热胀杆采用铝合金材料；热胀杆的热胀系数大于15e-6。

在上述的一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，嵌套、消热环、力环、固定箍和胶座均采用殷钢材料；嵌套、消热环、力环、固定箍和胶座的热胀系数均小于0.05e-6。

在上述的一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，热胀作动锁定及解锁装置的工作过程为：

初始状态，热胀杆处于自由态温度；热胀杆自由居中在力环内；外部背板通过胶座和2个固定箍与热胀杆固定连接；外部背板随着热胀杆在力环内腔自由移动；

将热胀杆加热至工作温度；热胀杆受热膨胀；实现热胀杆的轴向两端外壁与力环轴向两端内壁顶死，实现外部主镜与外部背板相对位置的锁定；

将热胀杆冷却至自由态温度；热胀杆收缩，热胀杆轴向两端外壁与力环轴向两端内壁脱离，实现外部主镜与外部背板相对位置的解锁。

在上述的一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，所述热胀杆的自由态温度为20℃；热胀杆的工作温度为45℃。

在上述的一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，外部主镜与外部背板相对位置锁定时，热胀杆与力环的锁紧力为500n。

在上述的一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，所述热胀作动锁定及解锁装置的轴向长度为135mm；嵌套外径为35mm；胶座外径为36mm。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用了热胀作动原理，作动形式简单可靠，仅需提供加热电流即可实现作动；

(2)本发明采用了金属材料作为作动元件，能多次反复作动，作动距离可得到保证；

(3)本发明采用了自压紧锁定/解锁，压紧力不传递到被锁定的镜头元件上，实现微应力的锁定功能；

(4)本发明结构形式简单，所有结构间均无相对滑动环节，装置性能稳定可靠。

附图说明

图1为本发明锁定及解锁装置剖视图；

图2为本发明热胀杆膨胀示意图。

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：

本发明提供了一种基于热胀原理的锁定及解锁装置，该装置采用将锁紧外力转化为装置内部的自压紧力的结构构型，从而实现微应力锁定；该装置使用热胀冷缩的作动原理，提供额定加热电流作动锁定，撤去电流后装置自动复位，过程无冲击。装置结构简单可靠，锁定/解锁平缓无冲击，可实现光学元件原位无应力锁定，原位无冲击解锁的功能。

如图1所示为锁定及解锁装置剖视图，由图可知，一种应用于空间精密光学的热胀作动锁定及解锁装置，包括嵌套1、消热环2、力环3、2个固定箍4、胶座5和热胀杆6；其中，力环3为中空柱体结构；热胀杆6为杆状结构；热胀杆6沿轴向设置在力环3的内腔中；2个固定箍4对称固定安装在热胀杆6的中部外壁；且2个固定箍4轴线垂直于热胀杆6的轴线；消热环2套装在热胀杆6轴向一端的外壁；嵌套1套装在消热环2的轴端外壁处；嵌套1的外壁与外部主镜内壁固定连接；胶座5套装在力环3的外壁；胶座5轴向一端与2个固定箍4固定连接；且胶座5位于固定箍4背向嵌套1的一侧；胶座5的外壁与外部背板内壁固定连接。热胀作动锁定及解锁装置的轴向长度为135mm；嵌套1外径为35mm；胶座5外径为36mm。

消热环2为圆筒形多栅格结构。热胀杆6轴向两端的端面与力环3轴向两端的内壁均为间隙配合。热胀杆6轴向端面外壁与力环3轴向端面内壁的间隙为0.01-0.03mm。

热胀杆6采用铝合金材料；热胀杆6的热胀系数大于15e-6。嵌套1、消热环2、力环3、固定箍4和胶座5均采用殷钢材料；嵌套1、消热环2、力环3、固定箍4和胶座5的热胀系数均小于0.05e-6。

所述嵌套1的圆柱形中空腔体的外侧有胶合面，内侧有螺纹，注胶孔联通下端面与外侧交合面；所述消热环2为圆筒形多栅格结构，消热环2安装在所述嵌套1的中空腔体内，消热环2顶端外侧面有螺纹，与嵌套1内螺纹匹配，形成固联螺纹副，消热环2下端内侧面有螺纹；所述力环3为中空薄壁筒结构，外侧面有螺纹，与消热环2下端内侧形成固联螺纹副，中空腔体两端高精度修磨；所述热胀杆6为长杆式结构，两端高精度修磨，与力环3中空腔体两端间隙配合，位置自由居中，热胀杆6轴线与力环3中空腔体轴线对齐，精度不做要求，热胀杆6中间位置有两斜口凸台，斜度中等精度要求；所述固定箍4一侧有斜口切口，与热胀杆6斜口凸台配合紧固，固定箍4另一侧有光孔；所述胶座5顶端有螺纹，与固定箍4紧固，侧面有注胶孔。

所述胶座5、固定箍4、热胀杆6组成作动组件，胶座、对箍起到连接作用，热胀杆6是作动元件。所述嵌套1、消热环2、力环3组成不动组件，嵌套1、消热环2起到连接作用，力环3是不动元件。

所述热胀杆受热膨胀，与力环压紧固联，形成该装置的锁定状态，热胀杆不受热回缩，与力环分离，形成该装置的解锁状态。

如图2所示为热胀杆膨胀示意图，由图可知，热胀作动锁定及解锁装置的工作过程为：

初始状态，热胀杆6处于自由态温度；热胀杆6自由居中在力环3内；外部背板通过胶座5和2个固定箍4与热胀杆6固定连接；外部背板随着热胀杆6在力环3内腔自由移动；

将热胀杆6加热至工作温度；热胀杆6受热膨胀；实现热胀杆6的轴向两端外壁与力环3轴向两端内壁顶死，实现外部主镜与外部背板相对位置的锁定；外部主镜与外部背板相对位置锁定时，热胀杆6与力环3的锁紧力为500n。

将热胀杆6冷却至自由态温度；热胀杆6收缩，热胀杆6轴向两端外壁与力环3轴向两端内壁脱离，实现外部主镜与外部背板相对位置的解锁。

热胀杆6的自由态温度为20℃；热胀杆6的工作温度为45℃。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。