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主镜组件热光学特性分析与热控技术研究

左晓舟 王惠林 周云 惠刚阳 张云龙 赵红军 余炳伟

左晓舟, 王惠林, 周云, 惠刚阳, 张云龙, 赵红军, 余炳伟. 主镜组件热光学特性分析与热控技术研究[J]. 应用光学.
引用本文: 左晓舟, 王惠林, 周云, 惠刚阳, 张云龙, 赵红军, 余炳伟. 主镜组件热光学特性分析与热控技术研究[J]. 应用光学.
ZUO Xiaozhou, WANG Huilin, ZHOU Yun, HUI Gangyang, ZHANG Yunlong, ZHAO Hongjun, YU Bingwei. Research on thermal optical properties and thermal control technology of primary mirror assembly[J]. Journal of Applied Optics.
Citation: ZUO Xiaozhou, WANG Huilin, ZHOU Yun, HUI Gangyang, ZHANG Yunlong, ZHAO Hongjun, YU Bingwei. Research on thermal optical properties and thermal control technology of primary mirror assembly[J]. Journal of Applied Optics.

主镜组件热光学特性分析与热控技术研究

基金项目: 空军某重点预研课题
详细信息
    作者简介:

    左晓舟(1985—),男,硕士,高级工程师,主要从事光电系统装调与工程应用技术研究。E-mail:27149993@qq.com

    通讯作者:

    王惠林(1971—),男,硕士,研究员,博士生导师,主要从事机载光电总体技术研究。E-mail:wanghuilin1971@sina.com

Research on thermal optical properties and thermal control technology of primary mirror assembly

  • 摘要: 针对共光路系统对环境温度的适应性问题,以温度-光学变形特性研究为基础,提出了一种基于综合传热的主镜组件分区域热控方法。建立了主镜组件的传热模型并分析了典型热控工况下的温度分布特性;对不同材质的主镜进行了热仿真,以热光学试验结果修正模型,使主镜温度场的仿真与实测结果绝对偏差小于1.4 ℃,同时确定了主镜组件的温度梯度控制阈值;采用分区传热策略,使主镜组件达到高温升水平、低温度梯度的热控目标。以某主镜组件为对象进行了仿真与试验:当主镜平均温升达到16 ℃以上时,镜体轴向温度梯度≤2.5 ℃、径向与周向温度梯度≤2.4 ℃,主镜面形变化量小于0.005 λ,该结果可为共光路系统的整体热控方案设计提供优化思路。
  • 图  1  主镜组件

    Fig.  1  Assembly of main mirror

    图  2  主镜组件端面传热模型

    Fig.  2  Heat transfer model of end face

    图  3  石英主镜热仿真模型图

    Fig.  3  Thermal simulation model diagram

    图  4  网格划分

    Fig.  4  Meshing

    图  5  镜框与主镜温度分布仿真图

    Fig.  5  Simulation diagram of temperature distribution

    图  6  碳化硅主镜热仿真模型图

    Fig.  6  Thermal simulation model diagram

    图  7  网格划分

    Fig.  7  Meshing

    图  8  碳化硅主镜温度分布仿真图

    Fig.  8  Simulation diagram of temperature distribution

    图  9  主镜热光学试验现场图

    Fig.  9  Thermal optical test of primary mirror

    图  10  实测与仿真温度对比

    Fig.  10  Comparison of measured and simulated temperature

    图  11  石英主镜温度梯度与RMS

    Fig.  11  Temperature gradient and RMS of quartz primary mirror

    图  12  主镜组件局部热控优化布局图

    Fig.  12  Local thermal control optimization layout

    图  13  优化后的温度分布仿真图

    Fig.  13  Simulation diagram of optimized temperature distribution

    图  14  优化后的主镜热光学测试图

    Fig.  14  Optimized thermal optical test

    图  15  实测与仿真温度对比

    Fig.  15  measured and simulated temperature

    图  16  加热功率32 W时的热控优化效果

    Fig.  16  Effect of optimization

    表  1  碳化硅主镜温度梯度与面形精度

    Table  1  Temperature gradient and Surface shape accuracy of Sic primary mirror

    加热功率/W1534
    温度/℃轴向梯度0.91.6
    径向梯度0.51.2
    周向梯度0.30.9
    平均温升8.321.1
    面形精度/λRMS0.0720.13
    RMS(祛除球差)0.0210.023
    下载: 导出CSV
  • [1] 王惠林, 刘吉龙, 吴雄雄, 等. 航空光电侦察图像质量影响因素分析[J]. 应用光学,2021,42(5):817-829. doi: 10.5768/JAO202142.0502001

    WANG Huilin, LIU Jilong, WU Xiongxiong, et al. Analysis of image quality influencing factors for aerial electro-optical detection[J]. Journal of Applied Optics,2021,42(5):817-829. doi: 10.5768/JAO202142.0502001
    [2] 吉书鹏. 机载光电载荷装备发展与关键技术[J]. 航空兵器,2018(6):3-12. doi: 10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2017.06.001

    JI Shupeng. Developmet and key technology of airborne photoelectric load equipment[J]. Aero Weaponry,2018(6):3-12. doi: 10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2017.06.001
    [3] 廖劲峰, 丁亚林, 姚园. 机载折反式光学系统的无热化设计[J]. 液晶与显示,2019,34(1):43-50.

    LIAO Jingfeng, DING Yalin, YAO Yuan. Athermalized design of airborne mirror-lens optical system[J]. ChineseJournal of Liquid Crystals and Displays,2019,34(1):43-50.
    [4] 刘福贺. 航空光电平台光学系统温度适应性及热控方法研究[D]. 长春: 中国科学院大学(长春光学精密机械与物理研究所), 2020 : 2-3.

    LIU Fuhe. Research on the temperature adaptability and thermal control method for the optical system of aviation platform [D]. Changchun: Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, ChineseAcademy of Sciences, 2020: 2-3.
    [5] 随愿愿. 轻小型三线阵航摄仪热控设计[D]. 长春: 中国科学院大学(长春光学精密机械与物理研究所), 2019 : 8-9.

    SUI Yuanyuan. Thermal control design of a light-small three linear array aerial camera [D]. Changchun: Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, ChineseAcademy of Sciences, 2019: 8-9.
    [6] 何宴, 王继红, 彭起. 大口径轻质主镜热特性分析[J]. 光电工程,2013,41(6):63-70.

    HE Yan, WANG Jihong, PENG Qi. Thermal property of large aperturelight primary mirror[J]. Opto-Electronic Engineering,2013,41(6):63-70.
    [7] 张向明, 姜峰, 孔龙阳, 等. 卡塞格林系统光学装调技术研究[J]. 应用光学,2015,36(4):526-530. doi: 10.5768/JAO201536.0401006

    ZHANG Xiangming, JIANG Feng, KONG Longyang, et al. Research on optical alignment technology for Cassegrain system[J]. Journal of Applied Optics,2015,36(4):526-530. doi: 10.5768/JAO201536.0401006
    [8] BERGMAN T L, LAVINE A S. Fundamentals of heat and mass transfer[M]: 8th ed. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc. , 2017: 542-544.
    [9] 薛文慧, 王惠, 包春慧, 等. 热环境下共形整流罩热辐射特性研究[J]. 应用光学,2017,38(6):999-1005.

    XUE Wenhui, WANG Hui, BAO Chunhui, et al. Thermal radiation characteristics of conformal dome in aero-dynamic environment[J]. Journal of AppliedOptics,2017,38(6):999-1005.
    [10] 胡小平, 汪元, 邓雄, 等. 传热传质分析[M]. 北京. 科学出版社, 2021: 155-161.

    HU Xiaoping, WANG Yuan, DENG Xiong, et al. Analysis of heat and mass transfer[M]. Beijing. Science Press, 2021: 208-211.
    [11] 张冰强, 向艳超, 薛淑艳, 等. 火星表面热环境对航天器热控影响分析[J]. 中国空间科学技术,2021,41(2):55-62.

    ZHANG Bingqiang, XIANG Yanchao, XUE Shuyan, et al. Analysis of the influence of Mars surface thermal environment on spacecraft thermal control[J]. Chinese Space Science and Technology,2021,41(2):55-62.
    [12] 李莉, 刘健贾, 清虎. 机载光电产品关键部件热仿真研究[J]. 电光与控制,2017,24(7):100-104. doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2017.07.021

    LI Li, LIU Jianjia, QING Hu. Thermal simulation to critical components of airborne photoelectrical equipment[J]. Electronics Optics and Control,2017,24(7):100-104. doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2017.07.021
    [13] 张源博, 孔林, 李强, 等. 无载荷舱航空相机的热控设计与试验验证[J]. 航天器环境工程,2022,39(2):153-160. doi: 10.12126/see.2022.02.006

    ZHANG Yuanbo, KONG Lin, LI Qiang, et al. Thermal control design and test verification of airframe without payload bay[J]. Spacecraft Environment Engineering,2022,39(2):153-160. doi: 10.12126/see.2022.02.006
    [14] 王成彬. 提高光机热集成分析精度的关键技术研究[D]. 上海: 中国科学院研究生院( 上海技术物理研究所), 2016: 97-98.

    WANG Chengbin. The key technology research of improving precision of thermal/ structural/ optical integrated analysis [D] . Shanghai: University of Chinese Academy of Sciences(Shanghai Institute of Technical Physics) , 2016: 97-98.
    [15] 胡瑞, 程云涛, 陈小安, 等. 空间环境下低膨胀玻璃和SiC轻量化反射镜的热稳定性研究[C]. 成都: 第六届高分辨率对地观测学术年会, 2019.

    HU Rui, CHENG Yuntao, CHEN Xiaoan , et al. Thermal stability of low expansion glass and SiC lightweight reflector in space environment [C] . Chengdu: Study on Thermal Stability of Low Expansion Glass and SiC Lightweight Mirror in Space Environment. China High Resolution Earth Observation Conference, 2019
    [16] 杨勋, 徐抒岩, 马宏财, 等. 径向温度梯度对轻量化反射镜面形精度的影响[J]. 光学精密工程,2019,27(7):1552-1560. doi: 10.3788/OPE.20192707.1552

    YANG Xun, XU Shuyan, MA Hongcai, et al. Influence of radial temperature gradient on surface figure of lightweight reflective mirror[J]. Optics and Precision Engineering,2019,27(7):1552-1560. doi: 10.3788/OPE.20192707.1552
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-17
  • 修回日期:  2022-06-29
  • 网络出版日期:  2022-07-05

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