本文關鍵詞：非均勻溫度變化對卡塞格倫式光學系統(tǒng)的影響分析

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【摘要】：航天器在工作過程中,由于軌道及工況的不同,航天器各元件的溫度變化范圍可達零下兩百度至零上百余度。在這種區(qū)別于地表的空間環(huán)境下,光學系統(tǒng)所承受的高低溫、負壓力及宇宙輻射與地表環(huán)境有很大差別,使得光學系統(tǒng)中鏡片的厚度、曲率、折射率與面形等發(fā)生明顯的變化,從而導致系統(tǒng)成像質(zhì)量隨之變化。對于光通信系統(tǒng),根據(jù)光學鏡頭的工作姿態(tài),太陽光照對光學系統(tǒng)的熱輻射多為側入射狀態(tài),這種側邊熱輻射將會使光學系統(tǒng)產(chǎn)生非均勻溫度變化。對于光通信常見的卡塞格倫式光學系統(tǒng),主鏡與次鏡所產(chǎn)生的非均勻溫度分布規(guī)律是不相同的,而鏡片受熱發(fā)生形變后,將會引起光學系統(tǒng)成像質(zhì)量發(fā)生變化。基于以上原因,課題主要對卡塞格倫式光學系統(tǒng)受側邊熱輻射后產(chǎn)生的非均勻溫度分布所引起的光學成像變化進行分析,并提出補償措施。主要完成了以下幾個方面的研究工作:調(diào)研了目前國內(nèi)外對光學系統(tǒng)受熱分析類文獻,根據(jù)現(xiàn)有的研究內(nèi)容與理論成果,分析其實驗結論,并根據(jù)衛(wèi)星光通信系統(tǒng)實際情況,提出更適宜針對衛(wèi)星激光通信的光學熱分析理論模型與實驗方案。分析了空間外熱流環(huán)境下不同軌道衛(wèi)星受熱方式的特征與差別,尤其是衛(wèi)星光通信系統(tǒng)受熱情況與卡塞格倫光學系統(tǒng)在不同工況下的受熱變化。另外,通過分析卡塞格倫光學系統(tǒng)的結構與性質(zhì),將熱力學理論與航天器實際情況結合起來。根據(jù)卡塞格倫光學系統(tǒng)的支撐結構,分析其在軌運行受熱方式的特征與差別。提出了主、次鏡的穩(wěn)態(tài)非均勻熱分布理論,并根據(jù)熱應力理論研究主、次鏡鏡片的熱力學形變。通過Pro/Engineer軟件建立卡塞格倫光學系統(tǒng)的模型,利用其Pro/Mechanica模塊分別對主、次鏡片及系統(tǒng)進行非均勻溫度分布仿真,整理并分析仿真數(shù)據(jù),將鏡片熱形變數(shù)據(jù)與ZEMAX軟件相結合,得出非均勻溫度分布對卡式系統(tǒng)光學參數(shù)的影響,并提出規(guī)避方案與補償措施。本文提出了非均勻溫度分布對卡塞格倫光學系統(tǒng)的影響,并圍繞該點給出了理論模型與仿真實驗數(shù)據(jù),為今后開展光學系統(tǒng)非均勻溫度變化的研究提供了一種新思路,對衛(wèi)星光通信光學系統(tǒng)的熱防護工作具有一定的參考價值。
【關鍵詞】：卡塞格倫光學系統(tǒng) 非均勻溫度分布 熱力學形變 光學參數(shù)
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V520
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 仍需研究和解決的問題14-15
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 空間熱環(huán)境分析與卡塞格倫光學系統(tǒng)的原理17-34
• 2.1 空間熱環(huán)境分析17-22
• 2.1.1 空間低溫環(huán)境17-18
• 2.1.2 空間外熱流環(huán)境18-20
• 2.1.3 航天器外熱流環(huán)境20-22
• 2.2 航天器熱分析理論基礎22-26
• 2.2.1 傳熱學理論基礎22-24
• 2.2.2 熱力學理論基礎24-26
• 2.3 卡塞格倫光學系統(tǒng)系統(tǒng)的結構與原理分析26-32
• 2.3.1 卡塞格倫光學系統(tǒng)結構26-28
• 2.3.2 卡塞格倫光學系統(tǒng)原理28-29
• 2.3.3 卡塞格倫光學系統(tǒng)性質(zhì)29-32
• 2.4 本章小結32-34
• 第3章 卡塞格倫光學系統(tǒng)非均勻溫度分布理論分析34-53
• 3.1 主鏡熱傳導溫度變化分析34-39
• 3.1.1 光照區(qū)主鏡熱傳導溫度變化分析34-36
• 3.1.2 向陽區(qū)主鏡熱傳導溫度變化分析36-39
• 3.2 次鏡熱傳導溫度變化分析39-44
• 3.2.1 光照區(qū)次鏡熱傳導溫度變化分析39-43
• 3.2.2 向陽區(qū)次鏡熱傳導溫度變化分析43-44
• 3.3 鏡片熱輻射溫度變化分析44-47
• 3.4 鏡片熱應力與熱形變分析47-48
• 3.5 鏡片面形非均勻變化分析方式48-52
• 3.6 本章小結52-53
• 第4章 卡塞格倫光學系統(tǒng)非均勻溫度變化仿真研究53-71
• 4.1 仿真方案53-56
• 4.1.1 卡塞格倫光學系統(tǒng)的參數(shù)設計53-55
• 4.1.2 卡塞格倫光學系統(tǒng)的模型建立55-56
• 4.2 仿真結果56-70
• 4.2.1 主鏡非均勻溫度分布熱形變仿真56-62
• 4.2.2 次鏡非均勻溫度分布熱形變仿真62-70
• 4.4 本章小結70-71
• 第5章 防護方式與補償措施71-76
• 5.1 光學系統(tǒng)的熱控防護方式71-74
• 5.1.1 光學系統(tǒng)的熱控流程71-72
• 5.1.2 光學系統(tǒng)的熱控類別72-73
• 5.1.3 光學系統(tǒng)非均勻溫度分布的被動熱控方式73-74
• 5.2 光學系統(tǒng)的補償方案74-75
• 5.3 本章小結75-76
• 結論76-78
• 參考文獻78-81
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果81-83
• 致謝83

【參考文獻】

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本文編號：777079