一种大口径纹影主镜支撑系统的制作方法

本发明涉及大口径主反射镜支撑技术领域，特别是涉及一种在风洞环境中的大口径纹影主镜支撑系统。

背景技术：

主反射镜作为大口径反射式光学系统中的关键元件，其面形精度直接决定了光学系统成像质量。随着光学系统口径的增大，反射镜的直径和重量会增加，在地球重力场的作用下，主镜会发生变形，从而造成光学系统的成像质量降低。为了减小主镜的变形，通过分析确定主镜支撑结构受力点的位置，使其变形最小，从而获得较高的主镜面形精度。为保证主镜的面形精度，使其免受自重的影响或将影响降低到可接受的限度，设计一套合理的主镜支撑结构尤为重要。除此之外，在特殊环境下，主反射镜的支撑结构设计还要保证其长期安全可靠使用以及并在保证在特定环境变化下保证面形达到光学设计要求。

目前，一般大口径主镜支撑方式要求使用环境温度恒温恒湿，主镜支撑结构主要用来卸载主镜自身重力对主镜面形的影响，基本不承受其他外力；在一些大型望远镜系统中，主镜支撑结构在主要用来卸载主镜自身重力对主镜面形的影响的同时还要求承受5级以下风力的风载。然而国内外尚未有报道在风洞环境下大口径主反射镜支撑方式的发明，该特殊环境下主镜面临强气流冲击，温差变化在-10℃-50℃之间，要求主镜面形rms<1/30λ和主镜焦点稳定不产生晃动的主镜支撑结构。另外，对于吊带主镜重力卸载方式，如果长时间的应力蠕变，会出现吊带支撑失效的现象。

技术实现要素：

为了解决风洞环境下大口径主镜的支撑问题，本发明提供一种适用于风洞环境下的大口径纹影主镜支撑系统。

本发明的技术解决方案如下：

一种大口径纹影主镜支撑系统，其特殊之处在于：包括支撑框架、设置在支撑框架上的径向吊带支撑系统；

上述径向吊带支撑系统包括第一上拉系统与支撑系统；

上述第一上拉系统包括第一上拉连接块、与第一上拉连接块对应的第一滑轮、拉绳及配重块；上述第一滑轮固定在支撑框架上，拉绳的一端与第一上拉连接块连接，另一端通过第一滑轮后接配重块；支撑主镜时，上述第一上拉连接块位于主镜外圆周面的正上方且与主镜外圆周面直接接触固定；

上述支撑系统包括n个支撑带、2n个滑轮及2n个配重块，其中n≥1，上述滑轮对称的固定在支撑框架上，支撑主镜时，支撑带与主镜下部外圆周面接触，支撑带的两端分别通过滑轮后接配重块。

进一步地，上述径向吊带支撑系统还包括关于第一上拉系统对称设置的多组第二上拉系统；

第二上拉系统包括第二上拉连接块、与第二上拉连接块对应的第二滑轮、拉绳及配重块；上述第二滑轮固定在支撑框架上，拉绳的一端与第二上拉连接块连接，另一端通过第二滑轮后接配重块；

支撑主镜时，上述第二上拉连接块与主镜上部外圆周面直接接触固定。

进一步地，上述径向吊带支撑系统还包括至少两个关于主镜水平轴或竖直轴对称的侧边多点支撑系统，上述侧边多点支撑系统包括定位支撑块、转轮与导向机构，上述导向机构固定在支撑框架上，定位支撑块与转轮通过导向机构连接；

支撑主镜时，定位支撑块与主镜外周面接触。

进一步地，第二上拉系统为2组，与第一上拉系统的夹角为45°；侧边多点支撑系统为4个，其中两两关于主镜的竖直轴对称，其中两个侧边多点支撑系统位于主镜的上部，另两个侧边多点支撑系统位于主镜的下部。

进一步地，上述径向吊带支撑系统还包括设置在支撑框架上的第一配重块夹持部及第二配重块夹持部，第一配重块夹持部固定于支撑框架上且位于主镜的背面；第二配重块夹持部固定于支撑框架的侧面；

第一滑轮与第二滑轮均固定在支撑框架的横梁上。

进一步地，该支撑系统还包括固定在支撑框架上的轴向支撑系统，上述轴向支撑系统包括y型支撑底板及分别垂直设置在y型支撑底板三个支撑梁上的支撑翘板；上述支撑翘板的两端设有y型支撑架，上述y型支撑架的三个支撑臂上分别设有支撑杆；上有支撑杆的端面位于与主镜镜面平行的平面上；支撑主镜时，支撑杆的端面与主镜背面固定；

上述支撑杆上设有多个沿支撑杆周向的槽口；

上述轴向支撑系统还包括第二柔性机构，所述第二柔性机构包括“十”字型柔性轴及u型夹持槽；上述“十”字型柔性轴穿过支撑翘板，其两端分别固定在开口朝向一致的两个u型夹持槽内；两个u型夹持槽的开口端端面及与开口端端面相对的底部端面分别固定在支撑梁上。

进一步地，轴向支撑系统还包括框型连接板，通过框型连接板将u型夹持槽、支撑梁及支撑翘板固定。

进一步地，y型支撑底板与主镜同轴。

进一步地，第一上拉连接块与第二上拉连接块通过环氧树脂胶与主镜固定；上述y型支撑底板及支撑翘板通过铸造成型，材料为球墨铸铁；上述支撑杆、“十”字型柔性轴及u型夹持槽的材质为殷钢。

本发明的有益效果如下：

1、本发明径向吊带支撑系统采用径向吊带支撑系统和侧边多点支撑系统的双重支撑方式。其中径向吊带支撑系统作用在于卸载主镜重力，对于保证主镜面形起主要作用；侧边多点支撑系统作用在于协助吊带支撑起定位、保护主镜的辅助作用。连接块通过钢绳(拉绳)、滑轮、及配重块对主镜提供一部分上拉的力。在主镜下方安装钢带(支撑带)，钢带通过滑轮、配重块，对主镜提供另一部分向上的支撑力。通过配重方式提供拉力的方式，保证主镜重力卸载充分，不因吊带蠕变或者热胀冷缩对主镜面形产生影响。有效的解决了钢带蠕变、受温度变化产生伸缩变化，主镜沿径向产生明显位移或重力卸载不充分，导致主镜面形下降的问题。

2、侧边多点支撑则在主镜侧边分布4个保护性定位支撑，安装时，旋转转轮调整支撑块前后位置，以刚刚接触主镜侧边缘为佳。侧边支撑块与主镜接触面由聚四氟乙烯材料构成，确保不对主镜产生破坏。位于主镜底部的2处侧支撑在主镜装调翻转时能起到支撑主镜的作用；位于主镜顶部的2处侧支撑在主镜装调完毕时贴合主镜能够对主镜倾覆保护作用。

3、轴向支撑系统采用wiffletree18点支撑方式，包括了18个支撑杆、3对支撑翘板、和y字型支撑底板构成。轴向支撑系统的作用在于抵消气流冲击对主镜参生的作用力以及大温差变化带来的热应力，采用两级柔性支撑方式。第一级柔性支撑是在支撑杆上开多层槽口，第二级柔性支撑采用“十”字形轴结构，使得3对支撑翘板与y字型支撑底板连接处沿其对称轴有一定空间的旋转余量。两级柔性支撑机构既能抵御强气流冲击，又能有效释放热应力和冲击应力，确保主镜安全可靠，面形优良。

4、本发明主要为风洞环境中使用的1米级主镜的支撑系统，主镜支撑结构直接面临风洞气流冲击和扰动，在超强气流扰动环境下，主镜支撑结构能够有效保证主镜的安全可靠实用，保证主镜面形精度要求优于rms<1/30λ。

5、本发明系统采用三点上拉支撑，与吊带支撑相结构的复合支撑方式。吊带支撑采用滑轮导向，两边配重的方式，保证了长期安全稳定工作。二级柔性支撑保证了热应力的有效释放以及对风洞环境下气流冲击起到缓冲作用。

附图说明

图1为主镜径向支撑系统示意图；

图2为主镜轴向支撑系统示意图；

图3为轴向支撑系统中第一级柔性机构；

图4a为轴向支撑系统中第二级柔性支撑配合示意图；

图4b为十字形柔性轴结构示意图；

图4c为第二级柔性支撑与支撑翘板的配合关系示意图；

图4d为第二级柔性支撑与支撑翘板及支撑梁的配合关系示意图；

图5为支撑系统支撑主镜时的正面示意图；

图6为支撑系统支撑主镜时的背面示意图；

图中附图标记为：1-支撑框架，11-第一上拉连接块，12-第一滑轮，13-拉绳，14-配重块，15-第二上拉连接块，16-第二滑轮，17-第一配重块夹持部，18-第二配重块夹持部，21-支撑带，22-滑轮，31-定位支撑块，32-转轮，33-导向机构，41-y型支撑底板，411-支撑梁，42-支撑翘板，421-“十”字型柔性轴，423-u型夹持槽，43-y型支撑架，431-支撑臂，44-支撑杆，441-槽口，442-框型连接板，2-主镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明做进一步详细描述。

从图1及图5可以看出，本实施例大口径纹影主镜支撑系统的径向吊带支撑系统，主要包括一个第一上拉系统、两个第二上拉系统、一个支撑系统、两组侧边多点支撑系统；

其中第一上拉系统包括第一上拉连接块11、与第一上拉连接块11对应的第一滑轮12、拉绳13及配重块14；第一滑轮12固定在支撑框架1的横梁上，拉绳13的一端与第一上拉连接块11连接，另一端通过第一滑轮12后接配重块14。

两个第二上拉系统关于第一上拉系统对称，第二上拉系统包括第二上拉连接块15、与第二上拉连接块15对应的第二滑轮16、拉绳13及配重块14；第二滑轮16固定在支撑框架1的横梁上，拉绳13的一端与第二上拉连接块15连接，另一端通过第二滑轮16后接配重块14。本实施例中拉绳13为钢绳。

上拉系统还包括设置在支撑框架上的第一配重块夹持部17及第二配重块夹持部18，第一配重块夹持部17固定于支撑框架1上且位于主镜2的背面；第二配重块夹持部18固定于支撑框架2的侧面。

支撑主镜2时，第一上拉连接块11及两个第二上拉连接块15，分别位于主镜2的正上方和左右上方各45°处，主镜2与三个上拉连接块用环氧树脂胶紧密胶结，通过增加配重块14拉动固定在三个上拉连接块上的拉绳13，可以将主镜2吊起。

支撑系统包括1条支撑带、2个滑轮22及2个配重块14，滑轮22对称的固定在支撑框架1上。本实施例中支撑带为钢带，支撑主镜时，钢带位于主镜2的下方，与主镜2下部外圆周面接触，钢带的两端分别通过滑轮22后接配重块14。由钢带和三点上拉连接块上拉共同卸载主镜2的重力。通过固定在钢带上的配重块14提供拉力，钢带固定在滑轮上，通过滑轮转换钢带方向。

侧边多点支撑系统包括定位支撑块31、转轮32与导向机构33，导向机构33固定在支撑框架1上，定位支撑块31与转轮32通过导向机构33连接；两组定位支撑块分布位于主镜2的上下方，侧向定位支撑块表面层采用聚四氟乙烯材料，通过选择转轮，调整侧向定位支撑块的前后位置使其刚刚好接触到主镜2侧表面，导向机构33安装于定位支撑块31与转轮32之间，确保转轮32选择只提供前后直线运动。

从图2及图6可以看出，本实施例大口径纹影主镜支撑系统的轴向支撑系统，包括y型支撑底板41及分别垂直设置在y型支撑底板三个支撑梁411上的支撑翘板42；支撑翘板42的两端设有y型支撑架43，y型支撑架43的三个支撑臂431上分别设有支撑杆44；所有支撑杆44的端面位于与主镜2镜面平行的平面上；将支撑杆的端面沿顺时针或逆时针方向两两连接后形成六边形。

支撑主镜时，18个支撑杆与主镜2背面柔性胶结。18个支撑杆中部为第一级柔性支撑，如图3所示，第一级柔性支撑为：沿支撑杆44周向设有多个相互平行的槽口441。

支撑翘板42通过第二级柔性支撑，在其对称中心位置固定于y型支撑底板上。第二级柔性支撑如图4a及图4b所示，由“十”字柔性轴421和u型夹持槽423组成。从图4c可以看出，支撑翘板42的中心具有与“十”字柔性轴421匹配的通孔，“十”字柔性轴421穿入该通孔内，通孔为“十”字柔性轴的外接圆，其两端分别固定在两个u型夹持槽423内，两个u型夹持槽423的侧面紧贴支撑翘板42，从图中可以看出“十”字柔性轴421只有一侧与u型夹持槽423刚性连接，因此可以提供一定程度上的旋转空间。u形夹持槽423的开口端端面及底部端面再通过螺栓固定在y型支撑底板的三个支撑梁上。从图4d中可以看出，支撑梁411分为两部分，其上具有能够容纳u形夹持槽423的空间，两个u型夹持槽423分别位于两个空间中，通过框型连接板442将两部分支撑梁、支撑翘板42及u形夹持槽423固定。y形支撑梁通过铸造成型，材料为球墨铸铁。而两级柔性机构材料均选择较为软的低热膨胀性能的殷钢。