發(fā)布時間：2020-07-16 20:24

【摘要】：太陽模擬器是一種特定用途的照明設(shè)備,可在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬某一輻照面積上具有一定輻照強(qiáng)度、輻照均勻性、準(zhǔn)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(yàn)、測試與精度標(biāo)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(jì)規(guī)范、分類結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo),并針對準(zhǔn)直型太陽模擬器的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì),分析了兩種常用的準(zhǔn)直光路結(jié)構(gòu),即透射式和反射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhǔn)直太陽模擬器,主要光學(xué)技術(shù)參數(shù)有:有效輻照面直徑500mm、準(zhǔn)直角2°、輻照強(qiáng)度0.7個太陽常數(shù)。論文首先闡述了向心型動態(tài)準(zhǔn)直太陽模擬器的整體設(shè)計(jì)方案,然后依次介紹了系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及電源及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。向心型動態(tài)準(zhǔn)直太陽模擬器的光學(xué)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(zhǔn)直物鏡等部件組成。向心型四維調(diào)整機(jī)構(gòu)由環(huán)形導(dǎo)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(zhǔn)直物鏡采用獨(dú)立模塊設(shè)計(jì),準(zhǔn)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(diǎn)燃,同時不影響準(zhǔn)直光束的出射俯仰角度;2)設(shè)計(jì)了一套光軸入射方向與出射方向正交的自由曲面三反準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng),使準(zhǔn)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(zhǔn)直太陽模擬器滿足技術(shù)指標(biāo)要求。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(xué)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(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）1966 一次大的技術(shù)改進(jìn)，研制出包括 SS15B 型號在太陽模擬器使用離軸光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，離軸角度約，輻照面直徑達(dá)到φ6000mm，輻照不均勻性達(dá)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(jìn)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(yàn)以及當(dāng)時的最新技術(shù)。ES類似于 SS15B 太陽模擬器的離軸光學(xué)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(dá)到φ6000mm，輻照不均勻度為±輻照不穩(wěn)定度可以達(dá)到±0.5%的很高水平，準(zhǔn)直角度也太陽模擬器達(dá)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(zhǔn)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(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，并且每一套系統(tǒng)的準(zhǔn)直鏡都是由 49 塊擬器的輻照強(qiáng)度可以達(dá)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