非均匀温度变化对卡塞格伦式光学系统的影响分析

发布时间：2017-09-02 07:08

  本文关键词：非均匀温度变化对卡塞格伦式光学系统的影响分析

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【摘要】：航天器在工作过程中,由于轨道及工况的不同,航天器各元件的温度变化范围可达零下两百度至零上百余度。在这种区别于地表的空间环境下,光学系统所承受的高低温、负压力及宇宙辐射与地表环境有很大差别,使得光学系统中镜片的厚度、曲率、折射率与面形等发生明显的变化,从而导致系统成像质量随之变化。对于光通信系统,根据光学镜头的工作姿态,太阳光照对光学系统的热辐射多为侧入射状态,这种侧边热辐射将会使光学系统产生非均匀温度变化。对于光通信常见的卡塞格伦式光学系统,主镜与次镜所产生的非均匀温度分布规律是不相同的,而镜片受热发生形变后,将会引起光学系统成像质量发生变化。基于以上原因,课题主要对卡塞格伦式光学系统受侧边热辐射后产生的非均匀温度分布所引起的光学成像变化进行分析,并提出补偿措施。主要完成了以下几个方面的研究工作:调研了目前国内外对光学系统受热分析类文献,根据现有的研究内容与理论成果,分析其实验结论,并根据卫星光通信系统实际情况,提出更适宜针对卫星激光通信的光学热分析理论模型与实验方案。分析了空间外热流环境下不同轨道卫星受热方式的特征与差别,尤其是卫星光通信系统受热情况与卡塞格伦光学系统在不同工况下的受热变化。另外,通过分析卡塞格伦光学系统的结构与性质,将热力学理论与航天器实际情况结合起来。根据卡塞格伦光学系统的支撑结构,分析其在轨运行受热方式的特征与差别。提出了主、次镜的稳态非均匀热分布理论,并根据热应力理论研究主、次镜镜片的热力学形变。通过Pro/Engineer软件建立卡塞格伦光学系统的模型,利用其Pro/Mechanica模块分别对主、次镜片及系统进行非均匀温度分布仿真,整理并分析仿真数据,将镜片热形变数据与ZEMAX软件相结合,得出非均匀温度分布对卡式系统光学参数的影响,并提出规避方案与补偿措施。本文提出了非均匀温度分布对卡塞格伦光学系统的影响,并围绕该点给出了理论模型与仿真实验数据,为今后开展光学系统非均匀温度变化的研究提供了一种新思路,对卫星光通信光学系统的热防护工作具有一定的参考价值。
【关键词】：卡塞格伦光学系统 非均匀温度分布 热力学形变 光学参数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V520
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-14
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 仍需研究和解决的问题14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第2章 空间热环境分析与卡塞格伦光学系统的原理17-34
• 2.1 空间热环境分析17-22
• 2.1.1 空间低温环境17-18
• 2.1.2 空间外热流环境18-20
• 2.1.3 航天器外热流环境20-22
• 2.2 航天器热分析理论基础22-26
• 2.2.1 传热学理论基础22-24
• 2.2.2 热力学理论基础24-26
• 2.3 卡塞格伦光学系统系统的结构与原理分析26-32
• 2.3.1 卡塞格伦光学系统结构26-28
• 2.3.2 卡塞格伦光学系统原理28-29
• 2.3.3 卡塞格伦光学系统性质29-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第3章 卡塞格伦光学系统非均匀温度分布理论分析34-53
• 3.1 主镜热传导温度变化分析34-39
• 3.1.1 光照区主镜热传导温度变化分析34-36
• 3.1.2 向阳区主镜热传导温度变化分析36-39
• 3.2 次镜热传导温度变化分析39-44
• 3.2.1 光照区次镜热传导温度变化分析39-43
• 3.2.2 向阳区次镜热传导温度变化分析43-44
• 3.3 镜片热辐射温度变化分析44-47
• 3.4 镜片热应力与热形变分析47-48
• 3.5 镜片面形非均匀变化分析方式48-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第4章 卡塞格伦光学系统非均匀温度变化仿真研究53-71
• 4.1 仿真方案53-56
• 4.1.1 卡塞格伦光学系统的参数设计53-55
• 4.1.2 卡塞格伦光学系统的模型建立55-56
• 4.2 仿真结果56-70
• 4.2.1 主镜非均匀温度分布热形变仿真56-62
• 4.2.2 次镜非均匀温度分布热形变仿真62-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第5章 防护方式与补偿措施71-76
• 5.1 光学系统的热控防护方式71-74
• 5.1.1 光学系统的热控流程71-72
• 5.1.2 光学系统的热控类别72-73
• 5.1.3 光学系统非均匀温度分布的被动热控方式73-74
• 5.2 光学系统的补偿方案74-75
• 5.3 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果81-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王红,韩昌元;温度对航天相机光学系统影响的研究[J];光学技术;2003年04期

2 李宏壮;吴小霞;刘欣悦;;基于CodeV的600mm望远镜光学系统热分析[J];光学仪器;2011年03期

3 王磊;菅鲁京;;相变材料在航天器上的应用[J];航天器环境工程;2013年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 柴玉强;飞行器冷罩的结构设计与特性分析[D];南京理工大学;2008年

2 谷果果;空间温变场对不同结构平面反射镜的性能影响研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

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本文编号：777079