【摘要】：依據(jù)GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》,環(huán)境適應(yīng)性指‘裝備(產(chǎn)品)在其壽命期預(yù)計(jì)可能遇到的各種環(huán)境的作用下,能實(shí)現(xiàn)其所有預(yù)定功能和性能和(或)不被破壞的能力,是裝備(產(chǎn)品)的重要質(zhì)量特性之一’。產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性性能主要與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選用的材料、材料的處理工藝及制造時(shí)采取的抗環(huán)境措施有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)產(chǎn)品制造完成后,其環(huán)境適應(yīng)性能力也就基本確定。由于不同產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)千差萬(wàn)別,幾乎不可能在每個(gè)方面都做到十分優(yōu)秀,因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)確定某些需要定量滿足的環(huán)境適應(yīng)性要求,對(duì)于其余的指標(biāo)則只需要定性滿足要求即可。隨著加工制造技術(shù)及自適應(yīng)光學(xué)的發(fā)展,常用于軍事對(duì)抗方面的激光武器得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于激光無(wú)可比擬的速度、準(zhǔn)直性、能量可調(diào)等優(yōu)點(diǎn),激光武器的研制愈發(fā)受到各國(guó)政府的重視,高功率激光武器系統(tǒng)層出不窮,導(dǎo)致激光發(fā)射系統(tǒng)的口徑不斷增大。然而只有激光發(fā)射系統(tǒng)保持潔凈,發(fā)出的激光光束具有較好聚焦效果,激光武器才可以對(duì)目標(biāo)造成足夠的破壞,所以需要對(duì)激光發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行密封,使腔體內(nèi)部鏡片與外界污染物隔絕開(kāi)來(lái)。因此,研究激光發(fā)射系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)及其環(huán)境適應(yīng)性對(duì)于提高激光發(fā)射系統(tǒng)作戰(zhàn)效能具有重大意義。本文以某車(chē)載高功率多波段激光發(fā)射系統(tǒng)為研究載體,對(duì)其發(fā)射系統(tǒng)密封問(wèn)題展開(kāi)研究,主要研究?jī)?nèi)容包括依據(jù)設(shè)備性能要求確定相應(yīng)的環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)、通過(guò)分析比較確定密封窗口結(jié)構(gòu)形式、依據(jù)結(jié)構(gòu)形式分析窗口受力變形找出影響密封性能的關(guān)鍵因素、通過(guò)控制變量法分析不同參數(shù)對(duì)密封效果的影響程度、采用集成優(yōu)化方法確定窗口最佳結(jié)構(gòu)尺寸、最終依據(jù)環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)對(duì)所設(shè)計(jì)的窗口進(jìn)行檢驗(yàn)。各部分內(nèi)容具體闡述如下:1.窗口類(lèi)型分析:常見(jiàn)的激光發(fā)射系統(tǒng)末端窗口的密封方式主要有兩種:晶體窗口和氣動(dòng)窗口。晶體窗口密封性能好但晶體材料制備復(fù)雜,價(jià)格高昂且激光功率過(guò)大時(shí),晶體會(huì)由于受熱不均產(chǎn)生畸變導(dǎo)致激光聚焦能力下降,影響其作戰(zhàn)效果;氣動(dòng)窗口密封性能稍差且需要制備特殊氣體,大口徑密封必然需要加大氣流出射速度,氣體湍流效應(yīng)會(huì)使光束產(chǎn)生畸變�？紤]到發(fā)射系統(tǒng)間歇工作的特點(diǎn),所以本文提出了一種利用覆蓋壓緊密封方法的運(yùn)動(dòng)式密封結(jié)構(gòu)。2.窗口密封性能影響因素分析:車(chē)載設(shè)備高度集成,空間尺寸極為有限,所以窗口只能采用卷簾式密封結(jié)構(gòu)形式,該類(lèi)型窗口受力變形情況與薄板的大撓度變形受力情況相似。卷簾中心撓度小于一定值是保證窗口具有密封能力的關(guān)鍵,通過(guò)理論分析得出影響卷簾中心撓度的因素有卷簾材料的彈性模量、卷簾材料的厚度、卷簾材料受到的預(yù)緊力。3.計(jì)算仿真結(jié)果分析:利用控制變量法研究不同變量對(duì)卷簾中心撓度的影響程度。得出如下結(jié)論。不同材料變形云圖具有相似的變化規(guī)律:卷簾中心撓度最大,并依次減小;變形量與彈性模量為負(fù)相關(guān)關(guān)系;卷簾厚度較小時(shí),增加卷簾厚度可以顯著提高密封能力;但當(dāng)卷簾厚度過(guò)大時(shí),由于卷簾半徑較大,卷簾自重?zé)o法忽略,厚度的增加反而導(dǎo)致中心撓度上升;水平力F_x與卷簾中心撓度兩者基本是等比例變化;在不同的卷簾厚度下,曲線的變化形式基本一致,說(shuō)明變化關(guān)系與卷簾厚度無(wú)關(guān);厚度較大時(shí),相同比例變化的外力引起的撓度變化較小。因此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在滿足系統(tǒng)基本要求之外,可以考慮提供較大的預(yù)緊力,同時(shí)使倒角θ盡可能小。4.窗口尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì):利用ANSYS workbench平臺(tái),采用多目標(biāo)遺傳算法(MOGA)對(duì)窗口結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化變量采用對(duì)中心撓度有影響的相關(guān)窗口設(shè)計(jì)參數(shù),最終得到了滿足設(shè)計(jì)要求的窗口結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)合環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)對(duì)窗口進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動(dòng)靜力學(xué)分析,仿真結(jié)果顯示窗口各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。5.窗口實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)加工窗口進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。振動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示窗口一階頻率為216Hz,與有限元仿真符合情況較好。窗口在指標(biāo)要求頻率范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生共振,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理;卷簾材料高低溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,使卷簾材料在不同溫度下卷緊卷軸的力變化不大,由于電機(jī)選型時(shí)已有充分的設(shè)計(jì)余量,因此卷簾可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),保證密封能力。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN249;TJ95

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