為了給聚焦鏡熱控及支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù),對(duì)愛(ài)因斯坦探針項(xiàng)目中的后隨X射線望遠(yuǎn)鏡的鏡片組進(jìn)行了三維全尺寸建模與有限元分析.研究了軸向、徑向兩種溫度梯度,以及有、無(wú)支撐結(jié)構(gòu)對(duì)鏡片組形變的影響,并對(duì)面形誤差與溫差范圍的關(guān)系進(jìn)行了探究.結(jié)果表明:對(duì)于無(wú)支撐結(jié)構(gòu),軸向溫度梯度下面形誤差與半徑關(guān)系接近線性關(guān)系,徑向溫度梯度下則接近分段二次關(guān)系;支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生熱變形時(shí),會(huì)使鏡片組產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的面形誤差,令同相圓度誤差轉(zhuǎn)變?yōu)楫愊鄨A度誤差,并使鏡片組整體面型誤差峰谷值增加32.25%～123.01%,均方根值增加4.13%～5.14%;對(duì)于有支撐結(jié)構(gòu),熱致面形誤差與溫差成正比,溫差每增加1℃,軸向溫度梯度下,面形誤差峰谷值與均方根值分別增加7.76μm、1.12μm,而對(duì)于徑向溫度梯度則分別增加9.67μm、1.60μm.聚焦鏡片熱致面形誤差在一定情況下與鏡片尺寸、溫差成線性關(guān)系,并受到支撐結(jié)構(gòu)變形的顯著影響. 

【文章來(lái)源】：光子學(xué)報(bào). 2020,49(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

縱向爆炸圖

為保證本文使用數(shù)值方法準(zhǔn)確，取文獻(xiàn)[12]中X射線望遠(yuǎn)鏡鏡片數(shù)據(jù)，應(yīng)用本文模型處理方式與數(shù)值方法，將計(jì)算結(jié)果與熱變形地面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證．該實(shí)驗(yàn)原理圖如圖2(a）．在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，半徑為r為100mm的半片金屬反射鏡放置在試驗(yàn)臺(tái)上，其正上方高度h為110mm處有一可旋轉(zhuǎn)的激光測(cè)距儀（LT-9030M,Keyence）．以豎直方向?yàn)閰⒖�，激光測(cè)距儀旋轉(zhuǎn)角度θ為-55°～55°，測(cè)得熱變形前后同一角度位移為Δ．整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)置于無(wú)塵間中，鏡片溫度通過(guò)控制氣溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，初始溫度為26℃，升溫后為30℃．溫度變化前后，重力影響自動(dòng)抵消．?dāng)?shù)值模擬中在鏡片底部進(jìn)行支撐，溫度設(shè)置與實(shí)驗(yàn)一致．?dāng)?shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比如圖2(b），圖中橫坐標(biāo)為激光測(cè)距儀測(cè)量角度，縱坐標(biāo)為激光測(cè)距儀測(cè)得的位移．平均誤差為6.18%，總體誤差小于10%，考慮到模擬中的簡(jiǎn)化、鏡片制作以及實(shí)驗(yàn)測(cè)量中的誤差，認(rèn)為本文中使用的計(jì)算方法準(zhǔn)確．另外，正式求解前進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，保證了數(shù)值解準(zhǔn)確性．取最外層鏡片，以最大形變量作為目標(biāo)參數(shù)．當(dāng)網(wǎng)格數(shù)目達(dá)到4.1×104時(shí)，總形變量的相對(duì)差值小于1%，故采用該網(wǎng)格數(shù)目對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格參數(shù)．正式計(jì)算中，無(wú)支撐結(jié)構(gòu)網(wǎng)格量為1 679 488，含有支撐結(jié)構(gòu)網(wǎng)格量為1 742 481.

溫度場(chǎng)設(shè)置狀況

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Wolter-Ⅰ型聚焦鏡X射線光學(xué)實(shí)驗(yàn)與仿真[J]. 趙子健,王于仨,張留洋,陳燦,馬佳.  光學(xué)精密工程. 2019(11)
[2]徑向溫度梯度對(duì)輕量化反射鏡面形精度的影響[J]. 楊勛,徐抒巖,馬宏財(cái),張旭升,李曉波.  光學(xué)精密工程. 2019(07)
[3]聚焦型X射線脈沖星望遠(yuǎn)鏡Pareto多目標(biāo)優(yōu)化與多場(chǎng)耦合分析[J]. 李連升,鄧樓樓,梅志武,呂政欣,劉繼紅.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(23)
[4]圓錐近似Wolter-Ⅰ型X射線望遠(yuǎn)鏡用柱面反射鏡面形誤差檢測(cè)方法[J]. 劉娜,沈正祥,馬彬,魏振博,徐旭東,王占山.  紅外與激光工程. 2018(04)
[5]愛(ài)因斯坦探針:探索變幻多姿的X射線宇宙[J]. 袁為民,張臣,陳勇,孫勝利,張永合,崔偉,凌志興,黃茂海,趙冬華,王文昕,裘予雷,劉柱,潘海武,蔡洪波,鄧勁松,賈振卿,金馳川,孫惠,胡海波,劉飛飛,張墨,宋黎明,盧方軍,賈淑梅,李承奎,趙海升,葛明玉,張娟,崔葦葦,王于仨,王娟,孫小進(jìn),金戈,黎龍輝,陳凡勝,蔡志鳴,郭彤,劉國(guó)華,劉華秋,馮驊,張雙南,張冰,戴子高,吳雪峰,茍利軍.  中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2018(03)
[6]溫度和支撐方式對(duì)1.2m SiC主鏡面形的影響分析[J]. 王富國(guó).  光子學(xué)報(bào). 2011(06)



本文編號(hào)：3594036