發(fā)布時間：2020-08-26 07:13

【摘要】：窗口是激光發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部件,主要用于保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部光學(xué)元件,提高設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力。目前激光發(fā)射系統(tǒng)使用的窗口分為晶體窗口和氣動窗口兩種�，F(xiàn)代激光發(fā)射系統(tǒng)的孔徑越來越大,晶體窗口受到晶體尺寸的限制,氣動窗口消耗大量能源,兩者均不能滿足大口徑高能激光發(fā)射系統(tǒng)的使用要求。目前國內(nèi)外關(guān)于大口徑寬波段高能激光發(fā)射系統(tǒng)所使用窗口的研究暫無報道,國內(nèi)工程上500mm以上口徑的激光發(fā)射系統(tǒng)也處于無窗口狀態(tài),嚴(yán)重制約了系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的使用。為此本文首次提出了一套氣動窗口與機(jī)械式快門窗口相結(jié)合的密封方法,并設(shè)計相應(yīng)的快門窗口。針對大口徑寬波段高能激光發(fā)射系統(tǒng)的使用要求設(shè)計拼接式晶體窗口。拼接窗口結(jié)構(gòu)設(shè)計:首次提出以鏡片拼接的方式來設(shè)計大口徑激光發(fā)射窗口。從工程應(yīng)用角度分析了窗口的設(shè)計要求、加工精度和安裝精度對出射激光的影響,依據(jù)幾何光學(xué)和激光光學(xué)的相關(guān)知識建立相應(yīng)的評估模型,并以該模型為基礎(chǔ)優(yōu)化拼接窗口的結(jié)構(gòu)。拼接窗口強(qiáng)度計算:分析激光發(fā)射和各種環(huán)境因素對拼接窗口的影響,并結(jié)合斷裂力學(xué)和材料力學(xué)的相關(guān)知識建立評估模型。根據(jù)拼接窗口的強(qiáng)度、剛度和動力學(xué)特性優(yōu)化拼接窗口的結(jié)構(gòu),為窗口的徑向支撐機(jī)構(gòu)設(shè)計了柔性鉸鏈,并推導(dǎo)出了柔性鉸鏈彎曲剛度的力學(xué)模型。光束質(zhì)量分析:采用有限元方法求解窗口的溫度場和應(yīng)力場,基于熱固耦合法分析窗口的面形畸變,利用齊次坐標(biāo)變換分離剛體位移,利用zernike多項式擬合窗口面形,通過分析激光遠(yuǎn)場光強(qiáng)的變化來計算拼接窗口對發(fā)射激光的影響。經(jīng)過計算分析發(fā)現(xiàn):拼接窗口對出射激光衍射極限倍率、環(huán)圍能量比和斯特列爾比的影響小于5%,對激光發(fā)散角的影響小于0.10,與單片晶體制造的窗口相比,拼接窗口的晶體質(zhì)量降低60%�？扉T窗口的設(shè)計:針對激光發(fā)射系統(tǒng)的工作特點,首次提出了氣動窗口與快門式機(jī)械窗口相結(jié)合的密封方法,依據(jù)窗口的設(shè)計要求確定窗口的結(jié)構(gòu)形式,依據(jù)各傳動環(huán)節(jié)的受力條件和窗口的抗風(fēng)載能力模型優(yōu)化窗口的尺寸�？扉T窗口的理論分析:基于柔索力學(xué)和微積分原理建立無彎曲剛度防塵罩的風(fēng)載模型;基于薄板大撓度變形理論和薄膜力學(xué)建立有彎曲剛度防塵罩的風(fēng)載模型;兩個數(shù)學(xué)模型分別滿足不同類型的激光發(fā)射窗口的設(shè)計要求。借助機(jī)械動力學(xué)和有限元法求解窗口的動力學(xué)特性。實驗:通過測試快門窗口的抗風(fēng)載能力、動力學(xué)特性和環(huán)境溫度的適應(yīng)性,驗證了理論分析的準(zhǔn)確性。工程實踐證明:本文所推導(dǎo)風(fēng)載模型的計算誤差小于15%,機(jī)械窗口可以抵御8級以下風(fēng)砂的侵襲,可以在-40℃至60℃的環(huán)境溫度范圍內(nèi)正常使用,氣動窗口與機(jī)械窗口相結(jié)合的密封方法可以有效提高設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN249

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本文編號：2804875