WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 30 | 31 || 33 | 34 |   ...   | 65 |

Для того, чтобы собрать равномерно исходящие от источника лучи в небольшой зоне (идеально – в точке), очень удобно использовать свойства кривой 2-го порядка – эллипса.

Рис. 3. Рефлектор в виде эллипсоида вращения Известно, что нормаль и касательная к эллипсу в любой точке М являются биссектрисами, соответст- Здесь важно для построения схемы суммирования венно, внутреннего и внешнего углов, образованных найти «золотую середину». Если обозначить расстоярадиусами-векторами, проведенными из фокусов эл- ние от вершины рефлектора до первого фокуса OF1, липса в эту точку (рис. 2) [2].

а расстояние от вершины до второго фокуса OF2, то задав числовое значение OF2 и изменяя в допустимых пределах OF1, можно составить множество систем уравнений типа:

OF1 = a - c;

= a + c.

OF Тогда, используя вышеприведенную связь параметров, нетрудно определить все характеристики возможных эллипсоидов-рефлекторов. Оптимальным будет являться тот эллипсоид, площадь поверхности которого при равных наружных диаметрах больше.

Площадь поверхности эллипсоида однозначно опРис. 2. Нормаль и касательная к эллипсу в точке ределяется длиной дуги эллипса, которая является образующей данного эллипсоида. Ее можно вычисОтсюда, если предположить, что точечный источлить по формуле ник излучения размещен в первом фокусе эллипса, tа внутренняя поверхность эллипса является зеркальl = a 1- e2 cos2 tdt, ной, то любой луч, исходящий из первого фокуса, tотразившись от зеркальной поверхности, непременно попадет во второй фокус. Это объясняется из законов a2 - bгде e2 = – квадрат эксцентриситета эллипса;

отражения (угол падения света равен углу отражения aи от кривой свет отражается также, как от касательt = arctan(k tan ) – эксцентрический угол; – ной, проведенной в точку падения) и теоремы равен a ства вертикальных углов.

угол точки на эллипсе, здесь (0, ), k =.

Таким образом, выполнив рефлектор в виде эл2 b липсоида вращения, получим, что весь световой поток Далее, на основе известного количества источниот источника излучения, попавший на стенки рефлекков излучения и оптимальных параметров одного тора и отразившись от них, соберется во втором рефлектора-эллипсоида уже можно сформировать фокусе (рис. 3).

схему суммирования потоков. Для этого, задав наДля эффективности рефлектора, выполненного ружный диаметр одного рефлектора и зная расстояв виде эллипсоида вращения, взаимосвязь между его ние OF2, получим телесный угол светового потока параметрами – полуосями a и b и расстоянием c суодного источника излучения. Очевидно, что совмесщественна (рис. 2):

тив вторые фокусы F2 всех рефлекторов в одну точку, a2 = b2 + c2.

получим некоторый «суммарный» поток, мощность Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева которого в этой точке будет равна сумме мощностей Здесь OF 2 – расстояние от вершины i-го рефлекi потоков отдельных рефлекторов. При этом вершины тора до второго фокуса всех рефлекторов, а xi и yi – всех рефлекторов будут располагаться на поверхнокоординаты i-го рефлектора. Углы наклона рефлектости сферы с центром в точке совмещения вторых фора по x и y можно определить из проекций треуголькусов рефлекторов. Способ размещения рефлекторов ника OOiF2 на плоскости YOZ и XOZ. Это углы Lx относительно друг друга определяет требование коми Ly соответственно. Угол Lx равен углу OyiF2O как пактности в конструкторском решении построения вертикальный. Аналогично угол Ly равен углу системы излучения и минимально возможный телесOxiF2O. Обозначив OF 2 за f, имеем ный угол «суммарного» потока. i Возможные построения схем суммирования светоyi sin Lx =, вых потоков от 7 и 10 источников излучения показаOyiF ны на рис. 4.

где Со схемой суммирования (см. рис. 4) можно работать, как со световым потоком от одного источника OyiF 2 = f - xi2, излучения с углом сходимости, определенным «крайоткуда ними» позициями рефлекторов. Понятно, что сум yi марный поток не будет иметь «четкой» конусообраз Lx = arcsin.

ной формы, но это будет некая его часть – «вырезка».

f - xi Пример преобразования такого суммарного потока Аналогично двояковогнутой линзой в параллельный показан на xi рис. 5.

sin Ly =, OxiF 2 = f - yi2, OxiF Для определения углов наклонов отдельных рефлекторов в составе схемы суммирования рассмотрим xi треугольник OOiF2 и его проекции на плоскости YOZ Ly = arcsin.

и XOZ (рис. 6).

f - yi а б Рис. 4. Схемы суммирования световых потоков для 7 и 10 источников излучения:

а – 7 источников излучения; б – 10 источников излучения Рис. 5. Преобразование суммарного светового Рис. 6. Определение углов наклонов рефлекторов потока в параллельный  Авиационная и ракетно-космическая техника Все изложенное идеально справедливо лишь для расчетные модели, как правило, подтверждаются на точечных источников излучения. Но в реальной прак- практике.

тике источники имеют конечные размеры. Для пред- ложенных в работе [1] ксеноновых ламп OSRAM «то- Библиографические ссылки чечный источник излучения» – это конусообразная 1. Крат С. А., Филатов А. А., Христич В. В. Теплодуга длиной в 13 мм. Здесь возникает вопрос об отвакуумные испытания космического аппарата: опыт клонениях лучей светового потока в силу этого отличия, и должен быть проведен дальнейший расчет создания имитатора солнечного излучения на основе современных газоразрядных ламп высокого давления с учетом возможных отклонений. Современные ком// Вестник СибГАУ. 2010. Вып. 2 (28). С. 73.

пьютерные программы для оптических расчетов по2. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник зволяют с достаточной точностью вводить такие папо математике для инженеров и учащихся втузов. М. :

раметры источника излучения, как форма дуги и проНаука, 1986.

странственное распространение потока. В результате, S. A. Krat THEORETICAL BASES OF COMPOSITING TECHNIQUE OF LIGHT STREAMS FROM SEPARATE SOURSES OF RADIATION FOR SC LAND WORKING OFF In the article the author proves the requirement of association of light streams, from separate radiation sources, at thermal vacuum working off of SC and presents a theory of calculation of the streams summation scheme, for construction of optical system of the Sun simulator.

Keywords: radiation source, summation scheme, thermal vacuum tests, the Sun simulator, optical system.

© Крат С. А., УДК 681.7.069.С. А. Крат, А. А. Филатов, В. В. Двирный, В. В. Христич, А. К. Шатров МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СВЕТООПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ИМИТАТОРА СОЛНЦА ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОТРАБОТКИ НЕГЕРМЕТИЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Рассмотрены вопросы повышения требований к наземной тепловой отработке космических аппаратов (КА) в части имитации солнечного излучения в связи с выпуском негерметичных КА нового поколения. Поставленные задачи решены за счет создания эффективной системы излучения, построенной на базе современных серийно выпускаемых ламп солнечного спектра. Рассмотрено построение модели светооптической схемы имитатора Солнца в программном пакете Zemax c последующей ее параметрической оптимизацией.

Ключевые слова: тепловакуумные испытания, имитатор солнечного излучения, источник излучения, светооптическая схема, параметрическая оптимизация, XBO-лампы.

На современном этапе создания КА, требующем ского пространства, воспроизводимых действующими улучшения их технических характеристик и увеличе- имитационными установками.

ния срока активного существования (САС) (до 10–15 лет) Одним из основных этапов наземной эксперименпланируется производство спутников на основе бес- тальной отработки КА считаются тепловакуумные контейнерных аппаратов с пассивной системой тер- испытания, которые проводятся на специально оборуморегулирования (СТР). Создаются КА с использовадованном стенде, оснащенным имитатором солнечнонием сотовых панелей с встроенными тепловыми го излучения (ИСИ).

трубами, специальных радиационных поверхностей Недостаточность методической базы построения и большого количества обогревателей. Надежность оптических систем и компоновок ИСИ, низкие КПД таких КА высока, так как отсутствуют критичные, с существующих систем ИСИ предполагают дополниточки зрения надежности элементы, приводящие к оттельные исследования в этой области, а создание казам (гермоконтейнеры, жидкостные контуры и т. д.).

НКА повышает требования к точности воспроизводиC производством негерметичных КА нового покомых имитаторами условий.

ления (далее по тексту НКА) связано усовершенствоЗдесь рассмотрены вопросы построения эффеквание испытательной базы для наземной экспериментивной системы излучения имитатора Солнца в сотальной отработки (НЭО) и проводятся мероприятия ставе стенда для НЭО ОАО «ИСС» ТБК-120.

по повышению точности и качества условий космиче Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Обоснование выбора источника излучения для Анализ представленных в [2] характеристик лампы ИСИ ТБК-120 приведено в работе [1]. Суть построе- показал, что распределение яркости в объеме источния системы излучения на базе метода «совмещенных ника обладает круговой симметрией. Таким образом, фокусов» заключается в формировании квазипарал- описать неравнояркость источника можно с помощью лельного потока имитации солнечного излучения за- двух функций – в плоскости XZ и по оси Y.

данного диаметра с энергетической мощностью, рав- При аппроксимации функций распределения ярконой сумме энергетических мощностей отдельных ис- сти в координатных осях пакета ZEMAX выяснилось, точников излучения, посредством совмещения фоку- что в плоскости XZ распределение яркости можно сов отдельных рефлекторов-эллипсоидов и отрица- описать следующей функцией:

тельной линзы-конденсора.

B(r) = A1 + B1r + C1r2 + D1r3 + E1r4 + F1r5, На базе метода «совмещенных фокусов» выполнен аналитический габаритный расчет системы излучения r = x2 + z2, ИСИ ТБК-120. Однако такой расчет позволяет лишь в где А1 = 0,986 47; B1 = 0,516 69; C1 = –3,194 46;

первом приближении оценить реализацию оптической D1 = –3,964 73; E1 =13,011 85; F1 = –7,250 73.

системы, поскольку источники излучения оцениваютПо оси Y ся как точки, распространяющие излучение равномерно по всем направлениям, а ход лучей рассматриB( y) = A2 + B2 y + C2 y2 + D2 y3 + E2 y4 + F2 y5 + G2 y6, вается вблизи оптической оси системы. В реальной оптической системе источник излучения имеет когде А2 = 1,017 52; B2 = 0,478 44; C2 = –30,676 5;

нечные размеры, характерные распределение мощноD2 =128,915 51; E2 = –228,483 74; F2 =187,279 52;

сти излучения в дуге лампы и пространственное расG2 = –58,430 25.

пространение силы света. Такая оптическая система В соответствии с созданными функциями на языке обладает искажениями проекций в виде аберраций C++ составлен, скомпилирован и внедрен исходный (изображение одной точки имеет вид расплывчатого код для динамической (DLL) библиотеки ZEMAX.

пятна) и дисторсий (нарушение геометрического поТеперь интенсивность каждого луча в зависимости от добия). Точный аналитический расчет системы с учетого, из какого места объема источника он формирутом этих факторов является сложным и громоздким, ется, нормируется яркость, определяемая функциями а зачастую просто невозможным. Современная проB(r) и B(y). Другими словами, каждая точка в объеме грамма для оптического проектирования ZEMAX поисточника получила свою индивидуальную яркость, зволяет проводить анализ реальных оптических сисно ее кривая силы света не поменяла свою форму.

тем с большим количеством компонентов и учетом Тогда построенная модель представляет собой цилинвышеназванных факторов.

дрический неравнояркий источник света (рис. 1).

Далее будут рассмотрены вопросы моделирования ИСИ ТБК-120 с источником, моделирующим лами оптимизации выполненного габаритного расчета на пу OSRAM XBO 10000 OFR, приведен на рис. 2.

базе вычислительной модели по критериям максимуПри распределении интенсивности в плоскости, ма эффективности и минимума неравномерности перпендикулярной оптической оси линзы щита c применением программного пакета ZEMAX.

(рис. 3), мощность каждого источника принята равной Основной проблемой, усложняющей моделирова1/7 Вт, т.е. суммарная мощность светового щита равние данной оптической системы, явилась проблема на 1 Вт. Тогда значение мощности, приходящееся на задания источника излучения, моделирующего реальдетектор, позволяет автоматически получить значение ные характеристики лампы OSRAM XBO 10000 OFR – эффективности части схемы, предшествующей этому неравнояркость дуги и пространственное распределедетектору.

ние силы света [2]. Моделирование источника, отличРаспределение интенсивности излучения в плосного от стандартных источников ZEMAX, требует костях параболоидного зеркала и планшета и распресоздания специальной динамической библиотеки, деление интенсивности в поперечных сечениях плосзадающей эти характеристики.

кости контроля излучения показаны на рис. 4, 5.

а б Рис. 1. Распределение яркости для неравнояркого источника – дуги лампы XBO 10000 W/HS OFR:

а – в плоскости XZ; б – в плоскости YZ Авиационная и ракетно-космическая техника Рис. 2. Вид светооптической схемы с источником, моделирующим лампу OSRAM XBO Рис. 3. Распределение интенсивности в плоскости, перпендикулярной оптической оси линзы щита и расположенной непосредственно перед отрицательной линзой (слева) и непосредственно за иллюминатором (справа), размер детектора 350 350 мм Рис. 4. Распределение интенсивности в плоскости параболоидного зеркала (слева) и в плоскости контроля излучения (справа), размер детектора 1 0002 000 мм Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Рис. 5. Поперечные сечения (через центр детектора) распределения интенсивности в плоскости контроля излучения, размер детектора 1,02,0 м Эффективность схемы от светового щита к план- ной функции, в ходе которого параметры системы, шету уменьшается (табл. 1). объявленные переменными, изменяются.

В программном пакете ZEMAX используется оцеТаблица ночная функция следующего вида:

Потери в светооптической схеме (Vi - Ti )Wi Элементы светооптической Мощность на детекторе, MF =, W схемы Вт i Световой щит где Wi – вес операнда; Vi – текущее значение операнПеред отрицательной линзой 0,да; Ti – целевое значение операнда.

Для оптимизации светооптической схемы была После смесителя 0,сконструирована следующая оценочная функция:

Pages:     | 1 |   ...   | 30 | 31 || 33 | 34 |   ...   | 65 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.