航空光电平台光学系统温度适应性及热控方法研究

发布时间：2023-05-06 17:49

　　航空光电成像技术作为信息获取的重要方法之一,具有机动灵活、实时性强的优点,在地理测绘、应急减灾、国防安全、影视航拍等领域中的应用愈加广泛,在国民经济和国防建设领域发挥着重要的作用。机载光电平台在执行任务过程中,内部电子器件以及外部环境会对平台的温度分布造成影响,温度变化会降低光学系统的成像质量。为了获得清晰稳定的目标图像,必须采用热控方法对平台的温度进行控制。因此,采用热控技术降低环境温度变化对成像质量的影响是航空光电平台领域研究的重要内容之一。随着航空遥感技术对成像分辨率要求的不断提高,大口径、长焦距光学系统在光电平台中获得了更为广泛的应用。温度对高分辨率光学系统成像性能的影响更为明显,为了满足航空遥感技术对热控指标的更高要求,本文以某机载光电平台为研究对象,针对航空光学系统热控问题进行了如下研究。首先,构建了航空平台温度变化与光学系统像差的模型,揭示了温度对不同光学元件像差的影响,为热控系统的设计提供了理论指导。然后采用基于光机热集成技术的温度适应性仿真分析方法,考虑加工装调、振动和电子学对系统传函的影响,对温度引起的传递函数进行了分配,提高了实际应用中光学系统温度适应性计算的准确...

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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第1章 引言
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究发展现状
        1.2.1 国内外典型航空光电平台
        1.2.2 光机热集成仿真技术研究现状
        1.2.3 光学系统热控技术研究现状
    1.3 论文研究内容及章节安排
第2章 光学系统温度适应性研究
    2.1 光机热集成分析理论
    2.2 温度对光学元件的影响分析
        2.2.1 温度对折射率的影响
        2.2.2 温度对光学面型的影响
        2.2.3 温度对光学元件间隔的影响
    2.3 光学系统支撑结构设计
        2.3.1 光学系统形式
        2.3.2 反射镜支撑设计
        2.3.3 透镜支撑设计
    2.4 光学系统温度适应性分析
        2.4.1 温度变化对像差影响的分析
        2.4.2 光学系统温度传递函数指标
        2.4.3 热控指标的确定
    2.5 本章小结
第3章 航空热环境分析
    3.1 光电平台内热源分析
        3.1.1 两轴两框架光电平台结构与特点
        3.1.2 两轴四框架光电平台结构与特点
        3.1.3 平台内热源分布
    3.2 外部大气环境分析
    3.3 外热流分析
        3.3.1 平台与载机热传导换热
        3.3.2 与外部大气的对流换热
        3.3.3 平台与外界的辐射换热
    3.4 本章小结
第4章 光电平台热控方法研究
    4.1 热控设计原则及策略
    4.2 无热控条件下平台温度场分析
    4.3 被动热控设计
        4.3.1 多层隔热组件
        4.3.2 热控涂层
        4.3.3 接触面热阻处理
    4.4 主动热控设计
        4.4.1 光学系统主动热控设计
        4.4.2 探测器组件相变热控
        4.4.3 黑体组件热设计
    4.5 本章小结
第5章 热分析计算及结果
    5.1 热分析计算基本方法
        5.1.1 温度场控制方程
        5.1.2 初始条件
        5.1.3 边界条件
    5.2 热分析有限元模型的建立
    5.3 热分析计算结果
        5.3.1 低温工况热分析结果
        5.3.2 常温工况热分析结果
        5.3.3 高温工况热分析结果
    5.4 本章小结
第6章 航空光电平台热试验
    6.1 热环境模拟
        6.1.1 航空环境模拟器
        6.1.2 外热流模拟方法
    6.2 热试验设计
    6.3 热试验结果
        6.3.1 低温工况热试验结果
        6.3.2 常温工况热试验结果
        6.3.3 高温工况热试验结果
        6.3.4 分析与结论
    6.4 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 论文主要创新工作
    7.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3809348