4mSiC轻量化主镜的热控系统设计研究

发布时间：2017-09-25 00:19

  本文关键词：4mSiC轻量化主镜的热控系统设计研究

  更多相关文章： 热控 主镜视宁度 温度梯度 有限元分析

【摘要】：热问题贯穿了望远镜设计的各个方面,而且随着望远镜口径的增大,温度对望远镜的工作性能和稳定性的影响也越来越明显。对4m级及以上的望远镜,望远镜的主镜热控系统是必不可少的一部分。本文以4m望远镜的4m Si C轻量化主镜的系统为研究对象,从主镜热控必要性、热控指标的确定、热控系统的方案和结构设计等多方面进行了研究。本文首先简扼介绍了4m望远镜系统的组成,采用有限元的分析方法,对Si C主镜与Zerodur主镜全天时工作下的热稳定性做了对比分析,说明了Si C主镜优势和热控的必要性,然后通过2m Si C轻量化主镜的仿真和实验进一步说明了热控系统的必要性;利用Zernike多项式正交且完全性,建立主镜温度场分布的数学模型,计算主镜在不同温度场下的热变形及其产生的像差形式,根据主动光学校正主镜热变形的能力提出了主镜热控系统的温度梯度热控指标,即主镜的上下表面的温度差和主镜径向温度差控制在0.2K以内,主镜的横向温度差控制在0.5K以内;从气动光学的角度分析了镜面上的湍流对主镜视宁度大小的影响,确定了主镜镜面温度与周围环境温差的热控指标,空气和主镜镜面的温差应控制在-1K~0.5K;根据热控系统的指标要求,设计了由主镜背部吹风系统和主镜镜面吹风系统组成主镜热控系统,并对热控系统的热控形式,方案和结构进行了优化设计,提出了较详细的系统工作模式和控制方案;最后根据4m望远镜系统的热控方案,设计了1.23m口径的4m Si C主镜的缩比镜的主镜背部热控实验,通过实验结果的分析,验证了热控方案的可行性。本文对4m Si C轻量化主镜的望远镜主镜热控系统进行较详细的研究和设计。利用热控的缩比实验验证热控方案的可行性的同时,对4m主镜热控系统的工程实施进行了初步的探索,积累了相应的工程经验,对将来4m望远镜主镜热控方案最终的确定和实施具有很高的参考价值。
【关键词】：热控 主镜视宁度 温度梯度 有限元分析
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH743
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 地基大口径光学望远镜10-14
• 1.2 热问题对望远镜成像质量的影响14-16
• 1.3 地基大口径望远镜主镜热控系统的设计16-22
• 1.4 课题研究的意义与主要内容22-23
• 1.5 本章小结23-24
• 第2章 热控系统的必要性研究24-47
• 2.1 4m望远镜系统简介24-25
• 2.2 Si C主镜与Zerodur主镜热稳定性比分析25-36
• 2.3 4m Si C轻量化主镜结构36
• 2.4 2m Si C轻量化主镜温度实验36-45
• 2.5 本章小结45-47
• 第3章 主镜热控系统热控指标的确定47-70
• 3.1 引言47
• 3.2 主动支撑47-50
• 3.3 主镜温度梯度的指标确定50-58
• 3.4 气动光学影响58-65
• 3.5 主镜视宁度65-68
• 3.6 本章小结68-70
• 第4章 主镜热控系统设计70-102
• 4.1 引言70-72
• 4.2 主镜背部热控系统方案设计72-86
• 4.3 镜面吹风系统方案86-94
• 4.4 主镜环境系统的控制方案设计94-101
• 4.5 本章小结101-102
• 第5章 实验分析研究102-116
• 5.1 引言102
• 5.2 实验系统的设计102-110
• 5.3 仿真与实验对比分析110-113
• 5.4 后续实验及结果分析113-115
• 5.5 本章小结115-116
• 第6章 结论与展望116-118
• 6.1 论文主要研究成果与结论116-117
• 6.2 论文的主要创新点117
• 6.3 未来的工作展望117-118
• 参考文献118-126
• 在学期间学术成果情况126-127
• 指导教师及作者简介127-128
• 致谢128

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本文编号：914293