【摘要】：太陽模擬器是一種特定用途的照明設(shè)備,可在實驗室條件下模擬某一輻照面積上具有一定輻照強度、輻照均勻性、準直角度等特性的太陽輻照,在太陽能電池測試、衛(wèi)星空間環(huán)境模擬以及太陽敏感器的地面試驗、測試與精度標定等方面應(yīng)用廣泛。本論文結(jié)合近年來太陽模擬器的發(fā)展趨勢,介紹了太陽模擬器的技術(shù)背景和研究現(xiàn)狀,從技術(shù)構(gòu)成角度較為系統(tǒng)的闡述了太陽模擬器的基本理論、設(shè)計規(guī)范、分類結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標,并針對準直型太陽模擬器的準直光學系統(tǒng)設(shè)計,分析了兩種常用的準直光路結(jié)構(gòu),即透射式和反射式準直光學系統(tǒng)的設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上,研制開發(fā)了一套可四維調(diào)整的向心型動態(tài)準直太陽模擬器,主要光學技術(shù)參數(shù)有:有效輻照面直徑500mm、準直角2°、輻照強度0.7個太陽常數(shù)。論文首先闡述了向心型動態(tài)準直太陽模擬器的整體設(shè)計方案,然后依次介紹了系統(tǒng)的光學結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、冷卻系統(tǒng)設(shè)計以及電源及控制系統(tǒng)設(shè)計。向心型動態(tài)準直太陽模擬器的光學系統(tǒng)主要由氙燈光源、錐軸橢球反光鏡、積分勻光器、視場光闌和反射式準直物鏡等部件組成。向心型四維調(diào)整機構(gòu)由環(huán)形導軌、多級絲桿升降裝置和兩軸偏擺、俯仰轉(zhuǎn)臺構(gòu)成,用于模擬不同方位、高度和入射角度的太陽輻照。本論文的創(chuàng)新之處有:1)氙燈光源與準直物鏡采用獨立模塊設(shè)計,準直物鏡可在光闌位置繞光軸相對氙燈光源模塊旋轉(zhuǎn),保證在位置、角度調(diào)整的過程中氙燈始終垂直點燃,同時不影響準直光束的出射俯仰角度;2)設(shè)計了一套光軸入射方向與出射方向正交的自由曲面三反準直光學系統(tǒng),使準直光路結(jié)構(gòu)緊湊輕量。最后測試與分析結(jié)果表明,研制的向心型動態(tài)準直太陽模擬器滿足技術(shù)指標要求。
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM923
【圖文】：

模擬器的研究現(xiàn)狀代開始，美國國家航空宇航局（NASA）最早開初期，太陽模擬器多用于熱真空環(huán)境模擬，不過統(tǒng)，光學性能普遍較差，無法滿足航天測試的要，美國航空宇航局噴氣推進實驗室（JPL）1966 一次大的技術(shù)改進，研制出包括 SS15B 型號在太陽模擬器使用離軸光學系統(tǒng)設(shè)計，離軸角度約，輻照面直徑達到φ6000mm，輻照不均勻性達到次使用了 20KW 的大功率短弧氙燈，大幅減少系統(tǒng)空間。圖 1.1 所示為美國 JPLSS15B 太陽模

陽模擬器技術(shù)研究 0 年代中期，歐洲許多國家也先后開始了太陽模擬器的研同樣比較低。1983 年歐洲航天局啟動了大型空間環(huán)境模進大型太陽模擬器，也就是 ESTEC 大型太陽模擬器。該中汲取了許多國家的研制經(jīng)驗以及當時的最新技術(shù)。ES類似于 SS15B 太陽模擬器的離軸光學系統(tǒng)，系統(tǒng)離軸角個氙燈單元，選用 20KW 和 32KW 兩種功率的氙燈，氙燈只氙燈與水平方向的傾斜角在 2°~20°之間。系統(tǒng)的照面直徑同樣可以達到φ6000mm，輻照不均勻度為±輻照不穩(wěn)定度可以達到±0.5%的很高水平，準直角度也太陽模擬器達到了目前大型太陽模擬器的領(lǐng)先水平，先后測試。如圖 1.2 所示為歐洲 ESTEC 大型太陽模擬器。

圖 1.3 日本 NASDA 大型太陽模擬器國，俄羅斯目前建有多套航天測試用太陽模擬器。其中，準直光束水平出射。該太陽模擬器采用多套太陽模擬，并且通過拼接組成一個 6000mm×22000mm 的超大準直光學系統(tǒng)，并且每一套系統(tǒng)的準直鏡都是由 49 塊擬器的輻照強度可以達到 2030W/m2,，不過其輻照均勻如圖 1.4 所示為俄羅斯大型太陽模擬器。

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本文編號：2758463