φ800mm通光口徑紋影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì).pdf

1、StructuralAnalysisandDesignof①800mmApertureSchlierenSystemBySunWeiDirectedbyProfLiZerenAthesisSubmittedfortheMasterdegreeinopticsInstituteofFluidPhysicsChinaAcademyofEngineeringPhysicsMianyang，ERChina，621900April，2010摘要紋

2、影技術(shù)是流場(chǎng)顯示和測(cè)量的經(jīng)典光學(xué)方法，廣泛應(yīng)用于觀測(cè)氣流的邊界層、燃燒、激波、氣體內(nèi)的冷熱對(duì)流等，是一種在風(fēng)洞流場(chǎng)中常用的光學(xué)測(cè)試技術(shù)。隨著風(fēng)洞技術(shù)的發(fā)展，大型的流場(chǎng)裝置需要有大口徑的紋影測(cè)試系統(tǒng)，這對(duì)其中主反射鏡的支撐結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)光路調(diào)節(jié)能力提出了更高的要求，主鏡的面形質(zhì)量和光路的調(diào)節(jié)精度直接影響著整套紋影系統(tǒng)的像質(zhì)情況。本論文首先概述了大口徑反射鏡支撐技術(shù)的發(fā)展，列舉了常用的支撐結(jié)構(gòu)方式。總結(jié)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和有限元方法在光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3、中的應(yīng)用，并分析了評(píng)價(jià)鏡面變形常用的數(shù)據(jù)處理方法。主反射鏡是紋影系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，論文從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案出發(fā)，根據(jù)常用的主鏡設(shè)計(jì)思路，從鏡體尺寸、材料、輕量化處理和支撐方式四個(gè)方面進(jìn)行分析，最終選定K9光學(xué)玻璃作為主鏡材料，其尺寸為(I840rnln110mlTl，我們將不對(duì)鏡體做輕量化處理，并采用鋼帶式結(jié)構(gòu)作為主鏡支撐方式。之后，通過(guò)有限元方法分析主鏡在該支撐結(jié)構(gòu)下的應(yīng)力和變形情況，首先根據(jù)力學(xué)分析結(jié)果，得到主鏡的最大集中應(yīng)力小于1MP

4、a，此值遠(yuǎn)低于在考慮該主鏡的實(shí)際受載荷環(huán)境下，由斷裂幾率預(yù)測(cè)法計(jì)算得到的K9材料的抗拉極限強(qiáng)度(Osload=384MPa)；通過(guò)球面方程擬合算法分析了鏡面變形結(jié)果，得出其面形變化的均方根值(RootMeanSquare)為14nnl，此理論結(jié)果低于允許值(2／40，2=633nm)的1／10，滿足光學(xué)設(shè)計(jì)要求。最后，論文逐一分析了系統(tǒng)中主反射鏡、反光鏡、光源和成像系統(tǒng)、光窗玻璃、整機(jī)外形和移動(dòng)平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)方案，給出了相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)