复杂热环境下弹载成像光学系统集成分析方法研究

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弹载光学成像系统工作于高速飞行器的光学头罩内部，外环境和头罩内部热源将使光学探测系统产生热效应。影响光学头罩内部光学成像系统的外部热源主要来源于飞行器在高速飞行时光学头罩与大气剧烈摩擦而产生的气动热效应以及太阳辐射，内部热源则主要为电子器件在工作时产生的热量，这些热源通过热对流、热传导及热辐射的方式传递到光学系统，从而会导致光机系统的成像性能改变。本文以弹载光机系统做为研究对象，对其在气动热环境下的成像性能变化进行光机热集成分析，对集成分析过程中的关键技术进行了深入分析。本文的主要研究内容包括：
　　（1）对光机热集成分析过程中涉及的热学理论进行了深入研究，对头罩与光机系统之间、光机系统内部的热传输问题进行深入了分析，建立了光机系统热分析中的热传导计算模型、热对流计算模型及热辐射计算模型。
　　（2）对光机系统自适应网格划分的有限元分析方法进行了深入研究。针对光机系统几何模型的特征复杂性，如具有曲率变化、夹角等特征，采用基于几何特征的自适应网格划分，网格划分密度根据几个特征来自动确定，提高了有限元分析的求解精度，同时也提高了求解效率。
　　（3）对光学元件产生热形变的面形进行拟合的算法研究。对基于Zernike多项式的面形拟合算法进行了详细论述，并且对Zernike多项式拟合精度问题进行了分析，分析了拟合阶数及不同网格划分方式对面形拟合精度带来的影响。编写了基于Zernike多项式的面形拟合程序。
　　（4）对高速飞行器的气动热环境进行仿真分析与计算。飞行器高速飞行时，光学头罩与大气剧烈摩擦产生气动热效应，由此产生的热不仅会使得头罩本身发生热弹性形变，同时光学头罩摩擦产生的热量会通过传导与对流的方式使得头罩内部温度发生改变，进而使内部成像光学系统产生相应的热效应。本文通过仿真分析高速飞行器在高速飞行状态下产生的外流场特性及光学头罩热响应，建立了弹载光机系统热分析的气动热环境。
　　（5）基于仿真计算得到的气动热环境对弹载光机系统进行了集成分析。研究了在气动热环境下光机系统的热形变，并利用传递函数、点列图等对成像质量进行了评价，求出了光机系统成像质量变化。

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作者
陈超;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科光学工程
授予学位硕士
导师姓名范志刚;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类可见光学测量系统;热强度试验;
关键词
弹载光学成像; 光机热集成; 气动热效应; Zernike多项式; 有限元分析;

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