Wolter-I型聚焦镜热变形数值研究

发布时间：2022-01-17 04:23

　　为了给聚焦镜热控及支撑结构优化设计提供依据,对爱因斯坦探针项目中的后随X射线望远镜的镜片组进行了三维全尺寸建模与有限元分析.研究了轴向、径向两种温度梯度,以及有、无支撑结构对镜片组形变的影响,并对面形误差与温差范围的关系进行了探究.结果表明:对于无支撑结构,轴向温度梯度下面形误差与半径关系接近线性关系,径向温度梯度下则接近分段二次关系;支撑结构发生热变形时,会使镜片组产生与之对应的面形误差,令同相圆度误差转变为异相圆度误差,并使镜片组整体面型误差峰谷值增加32.25%～123.01%,均方根值增加4.13%～5.14%;对于有支撑结构,热致面形误差与温差成正比,温差每增加1℃,轴向温度梯度下,面形误差峰谷值与均方根值分别增加7.76μm、1.12μm,而对于径向温度梯度则分别增加9.67μm、1.60μm.聚焦镜片热致面形误差在一定情况下与镜片尺寸、温差成线性关系,并受到支撑结构变形的显著影响. 

【文章来源】：光子学报. 2020,49(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

纵向爆炸图

为保证本文使用数值方法准确，取文献[12]中X射线望远镜镜片数据，应用本文模型处理方式与数值方法，将计算结果与热变形地面实验数据进行了验证．该实验原理图如图2(a）．在该实验系统中，半径为r为100mm的半片金属反射镜放置在试验台上，其正上方高度h为110mm处有一可旋转的激光测距仪（LT-9030M,Keyence）．以竖直方向为参考，激光测距仪旋转角度θ为-55°～55°，测得热变形前后同一角度位移为Δ．整个实验台置于无尘间中，镜片温度通过控制气温进行调节，初始温度为26℃，升温后为30℃．温度变化前后，重力影响自动抵消．数值模拟中在镜片底部进行支撑，温度设置与实验一致．数值模拟与实验数据的对比如图2(b），图中横坐标为激光测距仪测量角度，纵坐标为激光测距仪测得的位移．平均误差为6.18%，总体误差小于10%，考虑到模拟中的简化、镜片制作以及实验测量中的误差，认为本文中使用的计算方法准确．另外，正式求解前进行了网格无关性验证，保证了数值解准确性．取最外层镜片，以最大形变量作为目标参数．当网格数目达到4.1×104时，总形变量的相对差值小于1%，故采用该网格数目对应的网格参数．正式计算中，无支撑结构网格量为1 679 488，含有支撑结构网格量为1 742 481.

温度场设置状况

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3594036