Закрытая труба телескопа Советский патент 1982 года по МПК G02B23/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к оптическим телескопам-рефлекторам с закрытыми трубами и может быть использовано для уменьшения возмущающего влияния температуры на качество изображения.

Известна закрытая труба телескопа, в которой вторичное зеркало с растяжками опирается на штанги-термокомпенсаторы, параллельные оси трубы., и соединяется с передним кольцом трубы радиально расположенными пластинами, плоскости которых перпендикулярны оси трубы 1. .

Такая конструкция обеспечивает сохранениерасстояния между главным и вторичным зеркалами и сохранение параллельности их осей,однако не исключает поперечного смещения зеркал при наличии температурного перепада по диаметру трубы. ,.

Известна также.закрытая труба телескопа, содержащая средник, несущий цилиндр с передним кольцом, вто.ричное зеркало с растяжками, -парал-.. лельные оси трубы штанги-термокомпенсаторы осевого перемещения и узлы крепления вторичного -зеркала, содержащие расположенные в радиальных

плоскостях, проходящих через штанги, наклонные к оси трубил тяги,внешний |конец которых- шарнирно закреплен на переднем кольце| 2.

Эта конструкция обеспечивает сохранение соосности зеркал при температурном изгибе тр-убы, однако, как показывает ангшиз напряженного состояния металлоконструкции трубы, при

10 ее равномерном нагреве возникают силы, растягивающие штанги, а следовательно, не обеспечивается сохранение расстояния между зеркалами. Кроме того, эта конструкция обеспечи- ,

15 вает сохранение соосности зеркал лишь .при заданном соотношении продольного ЛС и поперечного Л V перемещений переднего кольца, хотя в реальных конструкциях это соотношение

20 является величиной переме нной, вследствие переменности отношения TJC, где i - изменение средней температуры . трубы, ТГ - перепад температур межд диаметр.ально противоположными сторо25нами трубы.

Из сказанного следует, что ни одна из известных конструкций закрытых труб не обеспечивает одновременного исклк1чения перемещений вторично.го зеркала, вызываемых как удлинени30ем трубы при ее общем нагреве, так и изгибом трубы при наличии температурного градиента. Цель изобретения - повышение качества изображения и точности наведения телескопа за счет уменьшения влияния температурных деформаций тру бы на взаимное расположение главного и вторичного зеркал как при общем ее нагреве, так и при наличии температурного перепада между ее диаметраяьно противоположными сторонами. Поставленная цель достигается тем что в закрытой трубе телескопа, соде жащей средник, несущий цилиндр с передним кольцом, вторичное зеркало с рё1стяжками, параллельные ори трубы штанги-термокомпенсаторы осевого перемещения и узлы крепления вторичн го зеркала, содержащие расположенные в радиальных плоскостях, проходя щих через штанги, наклонные к оси трубы тяги, внешний конец которых иарнирно закреплен на переднемкольца, в каждый узел урепления вторичного зеркала введены в той же радиальной плоскости термокомпенсирова ный стержень, расположенный, вдоль трубы, и радиальная серьга, причем передний конец стержня и внешний конец серьги шарнирно соединены с внутренним концом наклонной тяги, а внутренний конец серьги шарнирно сое динен с растяжка вторичного зеркала, причем наклонные тяги расположены к оси трубы под углом р,, где 2) и Ь - диаметр и длина несуще го цилиндра. На фиг. 1 изображена труба,осевой разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фйг.1; на фиг;.3 - схема изгиба трубы под действием перепада температур/ на фиг.4 - схема компенсации изгибa на фиг.5 - узел 1 на фиг.1. Труба телескопа содержит средник 1, кольцо 2 блокд главного зеркала, переднее кольцо 3 блока вторичного зеркала (контррефлектора), цилиндры 4 и 5 несущей металлоконструкции, связывающие средник соответственно с кольцами 2 и 3. Вторичное зеркало б имеет четыре растяжки 7, концы ко торых на безлюфгговнх шарнирах 8 зак реплены на передних концах штанг 9 тармокомпенсаторов осевого перемеще ния, параллельных оси трубы. Вторич Htite концы штанг 9 также на безлюфтовых шарнирах 10 1 закреплены на ср нике 1. Штанги-9 выполнены из материала типа инвар с близким к нулю коэффициентом линейного расширения. D тех же радиальных плоскостях, что и штанги 9, между ними и цилиндром установлены стержни 11, изготовленн Также из материала с низким коэффициентом линейного расширения; стержни 11 могут быть по конструктивным соображениям параллельны штангам 9, .как. показано на фиг.1, или несколько наклонены к ним. Задние концы стержней 11 закреплены на среднике 1. Передние концы стержней 11 связаны с внешними концами расположенных в тех же радиальных плоскостях растяжек 7 радиальными сергами 12, соединенными шарнирно с растяжками 7 и стержнями 11. Передние концы стержней 11 соединены тягами 13, расположенными под острым углом к оси трубы, с передним кольцом 3 трубы, причем тяги 13 соединены с кольцом 3 и стержнями 11 шарнирами 14 и 15 соответственно и имеют возможность при помощи винтовой пары 16 осуществлять предварительное натяжение элементов трубы с целью выборки зазоров в шарнирах. Серьги 12 могут соединяться с растяжками 7 и стержнями 11 в тех же шарнирах 8 и 15, как показано на фиг.1 и 2, или в самостоятельных шарнирах 16 и 17, например, как показано на фиг.5. Рассмотрим работу устройства при нагреве трубы. . В общем виде воздействие температуры на трубу телескопа можно представить как сумму воздействий двух факторов: изменение средней температуры трубы на т и наличие перепада (температурного гр.с1диента) температур на- 2t;° между диаметрально проти воположными сторонами трубы/ усредненная по длине труба температура i каждой стороны становится таким образом равной t- T+tr и -fc T-7r. Первый из этих факторов приводит к изменению длины трубы Ь на UoCT (где оС - коэффициент линейного расширения материала трубц, второй к изгибу трубы, т.е. к поперечным смещениям зеркал и развдроту их оптических осей. При равномерном нагреве, трубы, цилиндр 5 удлиняется, однако благодаря наличию серьг 12 это удлинение не передается на штанги 9. Усилия растяжения-сжатия замыкаются в цилиндре 5, тягах 13, серьгах 12 и стержнях 11 и не передаются на штанги 9 , в результате осевое перемещение зеркала 6 не происходит. Температурный перепад между диаметрально противоположными сечениями цилиндра 5 приводит к изгибу трубы н развороту кольца. Если (фиг.3) правое сечение цилиндра нагрето больше левого, кольцо получает поперечное смещение & влево от оси н разворот 9 . Однако благодаря включению в работу механизма параллелограмма, составленного средником 1, штангами 9 и растяжками 7,

последние при этом поворачиваются относительно кольца 3 и остаются параллельными среднику, т.е. ось вторичного зеркала 6 остается параллельной оси трубы, в Td же время шарнирно-стержневрй механизм, составленный сечением цилиндра 5, тягой 13 и стержнем 11 вызывает смещение узла 15, а вместе с ним и зеркала 6 на расстояние tf в сторону, противоположную Д (фиг. 4. При соответствующем выборе параметров элементов этого механизма смещения Л и (f могут быть уравнены, т.е. суммарное смещение зеркала б будет равно нулю. В результате и при наличии температурного перепада зеркгшо остается в исходном положении.

Определяем параметры элементов трубы, требуе1 Фле для уравнивания перемещений д и (Г .

.На фнг.З показана деформация цилиндра 5 трубы под действием температурного градиента 2 Т и приведены необходимые обозначения.

Очевидно, что удлинение стенки трубы ДЬ, нагретой на V , равно

LsLbLtr СО

При этом труба изогнется по радиусу R . Тогда

(R.)lp.V.

U)

(B.)

отсюда

.1Ь..

... CiAU Uo(r

Из чертежа дsiRU-coeV)

Подставляя .сюда значения R и V по Ц) и СЗ находим величину поперечного смещения концевого сечения трубы.

.Ш.,.. и (,, .

Направление смещения д - это направлеиие в сторону менее нагретой стенки.

Схема компенсации поперечного смещения предстгшлена на фиг.4. Цифргиш обозначены позиции элементов согласно фиг.1 и 2 .Сплошными линнями.показано положение элементов трубы до нагрева, пунктиром - после нагрева н I. .

Допустим, что стержень 11 полностью тврмокомпенсирован, т.е. имеёт коэффициент линейного расширения . Остальные элементы имеют коэффициент линейного расширения, равный oi .

Выразим уменьшение размера 9 между цилиндфом 5 и стержнем 11 при нагреве на 1 через of - условным коэффициентом линейного сжатия параметра 6 : .

rf-SoLg

При этом определяем геометрические параметры элементов трубы, при которых выполнялось бы условие

(Г--Л, (5)

т.е. суммарное поперечное смещение контррефлектора от изгиба трубы и работы компенсатора было бы равно нулю.

Введем обозначения U-KVj , причем .

Из геометрических соображений до нагрева после нагрева на 1

li tHKci)%5 0-rf9)(iu)

Отсюда/ пренебрегая малыми второпорядка,.

:4 - .

в- «i

При нагреве на т; J- -i

0

Направление о - это направление в сторону более нагретой стенки.

Подставив в условие (5 значение / и (Г по (4) и(б), находим, что это 5 условие выполняется при T)(.L-4i)W

П

или, так как ЬV при

S«T-V

О) т.е. при- с . « , С

0 ib«av«tgf- --a -cte: се)

Значения величин b и tt , связанные зависимостью (7), определяются из конструктивных сообргикений.

При этом равенство(7;является точ5 Ным, если тяги 13 выполнены термо(соьшенсированными, т.е. если их длина при нагреве не изменяется.

Ь,.., . „,.™.

Таким образом; предлагаемая koHструкция позволяет исключить влияние на осевое и поперечное смещение зеркал и их развороты всех видов температурных деформаций трубы, возникающих как при общем изменении температуры, так и при наличии температурного перепада по диаметру трубы, и у следовательно, повысить качество изображения и точность наведения телескопа.

Формула изобретения

Закрытая труба телеск эпа, содержащая средник, несущий цилиндр с пв65 редним кольцом, вторичное зеркало с

растяжками, параллельные оси трубы штанги-термокомпенсаторы осевого перемещения и узлы крепления вторичного зеркала, содержащие расположенные в радиальных плоскостях, проходящих через штанги, наклонные к оси трубы тяги, внешний конец которых шарнирно закреплен на переднем кольце, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества изображения и точности наведения за-счет уменьшения влияния температурных деформаций трубы на взаимное расположение главного и вторичного зеркал, в каждый узел крепления вторичного зеркала введены в той же радиальной плоскости термокомпенсированный стержень, расположенный вдоль

трубы, и радиальная серьга, причем передний конец стержня и внешний, конец серьги шарнирно соединены с внутренним концом наклонной тяги, а внутренний конец серьги шарнирно содинен с растяжками вторичного зеркала, причем наклонные тяги расположены к оси трубы под УГЛОМ

Р) -Olrc-t S

U

где D и Ь диаметр и длина несущего цилиндра.

Источники информации, принятые-во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 172515, кл. G 02-В 23/02, 1964.

2.Авторское свидетельство СССР № 717693, кл. в 02 В 23/00, 1978.