本文關(guān)鍵詞：4mSiC輕量化主鏡的熱控系統(tǒng)設(shè)計研究

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【摘要】：熱問題貫穿了望遠鏡設(shè)計的各個方面,而且隨著望遠鏡口徑的增大,溫度對望遠鏡的工作性能和穩(wěn)定性的影響也越來越明顯。對4m級及以上的望遠鏡,望遠鏡的主鏡熱控系統(tǒng)是必不可少的一部分。本文以4m望遠鏡的4m Si C輕量化主鏡的系統(tǒng)為研究對象,從主鏡熱控必要性、熱控指標的確定、熱控系統(tǒng)的方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計等多方面進行了研究。本文首先簡扼介紹了4m望遠鏡系統(tǒng)的組成,采用有限元的分析方法,對Si C主鏡與Zerodur主鏡全天時工作下的熱穩(wěn)定性做了對比分析,說明了Si C主鏡優(yōu)勢和熱控的必要性,然后通過2m Si C輕量化主鏡的仿真和實驗進一步說明了熱控系統(tǒng)的必要性;利用Zernike多項式正交且完全性,建立主鏡溫度場分布的數(shù)學(xué)模型,計算主鏡在不同溫度場下的熱變形及其產(chǎn)生的像差形式,根據(jù)主動光學(xué)校正主鏡熱變形的能力提出了主鏡熱控系統(tǒng)的溫度梯度熱控指標,即主鏡的上下表面的溫度差和主鏡徑向溫度差控制在0.2K以內(nèi),主鏡的橫向溫度差控制在0.5K以內(nèi);從氣動光學(xué)的角度分析了鏡面上的湍流對主鏡視寧度大小的影響,確定了主鏡鏡面溫度與周圍環(huán)境溫差的熱控指標,空氣和主鏡鏡面的溫差應(yīng)控制在-1K~0.5K;根據(jù)熱控系統(tǒng)的指標要求,設(shè)計了由主鏡背部吹風(fēng)系統(tǒng)和主鏡鏡面吹風(fēng)系統(tǒng)組成主鏡熱控系統(tǒng),并對熱控系統(tǒng)的熱控形式,方案和結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計,提出了較詳細的系統(tǒng)工作模式和控制方案;最后根據(jù)4m望遠鏡系統(tǒng)的熱控方案,設(shè)計了1.23m口徑的4m Si C主鏡的縮比鏡的主鏡背部熱控實驗,通過實驗結(jié)果的分析,驗證了熱控方案的可行性。本文對4m Si C輕量化主鏡的望遠鏡主鏡熱控系統(tǒng)進行較詳細的研究和設(shè)計。利用熱控的縮比實驗驗證熱控方案的可行性的同時,對4m主鏡熱控系統(tǒng)的工程實施進行了初步的探索,積累了相應(yīng)的工程經(jīng)驗,對將來4m望遠鏡主鏡熱控方案最終的確定和實施具有很高的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：熱控 主鏡視寧度 溫度梯度 有限元分析
【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】：TH743
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 地基大口徑光學(xué)望遠鏡10-14
• 1.2 熱問題對望遠鏡成像質(zhì)量的影響14-16
• 1.3 地基大口徑望遠鏡主鏡熱控系統(tǒng)的設(shè)計16-22
• 1.4 課題研究的意義與主要內(nèi)容22-23
• 1.5 本章小結(jié)23-24
• 第2章 熱控系統(tǒng)的必要性研究24-47
• 2.1 4m望遠鏡系統(tǒng)簡介24-25
• 2.2 Si C主鏡與Zerodur主鏡熱穩(wěn)定性比分析25-36
• 2.3 4m Si C輕量化主鏡結(jié)構(gòu)36
• 2.4 2m Si C輕量化主鏡溫度實驗36-45
• 2.5 本章小結(jié)45-47
• 第3章 主鏡熱控系統(tǒng)熱控指標的確定47-70
• 3.1 引言47
• 3.2 主動支撐47-50
• 3.3 主鏡溫度梯度的指標確定50-58
• 3.4 氣動光學(xué)影響58-65
• 3.5 主鏡視寧度65-68
• 3.6 本章小結(jié)68-70
• 第4章 主鏡熱控系統(tǒng)設(shè)計70-102
• 4.1 引言70-72
• 4.2 主鏡背部熱控系統(tǒng)方案設(shè)計72-86
• 4.3 鏡面吹風(fēng)系統(tǒng)方案86-94
• 4.4 主鏡環(huán)境系統(tǒng)的控制方案設(shè)計94-101
• 4.5 本章小結(jié)101-102
• 第5章 實驗分析研究102-116
• 5.1 引言102
• 5.2 實驗系統(tǒng)的設(shè)計102-110
• 5.3 仿真與實驗對比分析110-113
• 5.4 后續(xù)實驗及結(jié)果分析113-115
• 5.5 本章小結(jié)115-116
• 第6章 結(jié)論與展望116-118
• 6.1 論文主要研究成果與結(jié)論116-117
• 6.2 論文的主要創(chuàng)新點117
• 6.3 未來的工作展望117-118
• 參考文獻118-126
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況126-127
• 指導(dǎo)教師及作者簡介127-128
• 致謝128

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