大口径轻质主镜热特性分析
第41卷第6期 光电工程V ol.41, No.6 2014年6月Opto-Electronic Engineering June, 2014 文章编号：1003-501X(2014)06-0063-07
大口径轻质主镜热特性分析
何宴1，2，王继红1，彭起1
( 1. 中国科学院光电技术研究所，成都 610209；2. 中国科学院大学，北京 100049 ) 摘要：为了分析温度对大口径轻质主镜反射面面形的影响，对大口径轻质主镜建立了三维模型，利用有限元软件patran/nastran对其进行了稳态和瞬态的热特性分析。主要分析了均匀温度分布，径向温差，轴向温差和外界环境温度变化对主镜面形的影响。结果表明：在径向温差，轴向温差和外界温度变化情况下，主镜面形均受到很大的影响，且面形PV值和均方根值RMS随着温度梯度的增大，呈线性增加的趋势；环境温度在15 ℃到25 ℃以正弦规律变化时，在2.8 m主镜内部产生的温度梯度导致的镜面变形的PV值和RMS值波动范围为100 ~500 nm和
25 ~150 nm；均匀温度分布对主镜面形的影响相对较小。
关键词：轻质主镜；热分析；镜面面形；有限元分析
中图分类号：TP391.9; TH74 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-501X.2014.06.011 Thermal Property of Large Aperture Light Primary Mirror
HE Yan1,2，WANG Jihong1，PENG Qi1
( 1. Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Science, Chengdu 610209, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China )
Abstract: To analyze the influence of temperature on the large aperture light weight mirror reflecting surface, a three-dimensional model has been established based on a large aperture light weight mirror. The steady-state and transient thermal characteristic is studied by taking the advantage of Finite Element Method (FEM) software patran/nastran. The uniform temperature distribution, axial temperature difference, radial temperature difference and the changing ambient temperature have been analyzed. The analysis shows that in the case of axial temperature difference, radial temperature difference and the changing ambient temperature, the mirror surface suffers serious thermal aberration, and the PV value and RMS value increase linearly with the temperature gradient. The influence from uniform temperature is slight, at the temperature of ±3 ℃, the PV value and RMS value are respectively 27.6 nm and 6.5 nm with defocus aberration removed.
Key words: light weight mirror; thermal analysis; mirror surface; finite element analysis
0 引 言
现代大型光电探测设备为了提高探测能力，越来越多的使用大口径主镜，。主镜作为大型光电探测设备的核心部件，随着其口径的加大，重力、温度对面形的影响不容忽视[1-6]。对于地基大型光电探测设备来说，当重力对面形的影响通过对支撑系统的优化设计降低至一定范围后，温度对面形的影响成为主要因素。温度对光电探测设备主镜的影响是多方面的。首先，主镜内部的温度梯度会直接影响主镜面形；其次，当主镜和周围空气有一定的温差，尤其是当主镜温度高于环境空气温度时，在镜面上产生热湍流，这也会直接降低主镜的成像质量。国内外一些大型的光电探测设备采取了多种温度控制措施，旨在降低温度带来的影响。为此，对轻质主镜的温度特性分析具有十分重要的意义。
收稿日期：2013-09-25；收到修改稿日期：2014-02-20
基金项目：国家863高技术项目
作者简介：何宴(1987-)，男(汉族)，四川南充人。硕士，主要研究方向是光电探测。E-mail: heyan2010@https://www.360docs.net/doc/a27635906.html,。
https://www.360docs.net/doc/a27635906.html,