温度和应力动态变化对球形头罩的光传输影响.pdf

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1、第44卷第6期红外与激光工程2015年6月VO1．44No．6InfraredandLaserEngineeringJun．2015温度和应力动态变化对球形头罩的光传输影响黄选平，许东，包实秋，谭晓颂(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)摘要：高速飞行器在大气层中飞行，光学头罩与来流相互作用，其温度和应力应变在飞行过程中会动态变化，引起头罩材料折射率的改变，进而影响光线传榆。文中在对飞行过程中球形头罩温度和应力应变动态模拟的基础上，计算随时间变化的折射率场，并利用光线追迹方法计算光线通过头罩出射面的光程差，通过光学评价方法以及图

2、像退化仿真直观得出其对头罩光传输的影响。结果表明，头罩温度和应变变化对光传输的影响较大，并且随着飞行速度的提高变得更为严重。关键词：气动光学；光线追迹；折射率场；球形头罩中图分类号：TN215文献标志码：A文章编号：1007—2276(2015)06—1818—05OpticaltransmissionefectsofsphericaldomebytemperatureandstressdynamicchangingHuangXuanping，XuDong，BaoShiqiu，TanXiaosong(SchoolofInstrumentScience

3、andOpto—electronicsEngineering，BeijingUnive~ityofAeronauticsandAstronauticsBeijing100191，China)Abstract：Whilehigh—speedaircraftareflyingintheatmosphere，itsoptical—hoodfrictionswithstream．ThedomeStemperatureandstrainwouldchangewiththeflighttimegoing，whichinfluencesopticaltransmi

4、ssionbecauseofthevariationoftherefractiveindex．Theopticaldometemperaturesandstress—strainconditionsvaryingintheguidanceprocessfordifferenttimeperiodswereanalyzed．Bythemethodofraytracing，OPDwascalculated，andtheresultofopticaltransmissioneffectthroughopticalimagequalityandimagequ

5、alitydegradationwasgiven．Andtheresultshowsthatbothtemperatureandspeedofaircraftcaninfluenceopticaltransmissionheavily．Keywords：aero—optics；raytracing；refractiveindexfield；sphericaldome收稿日期：2014—10—05；修订日期：2014—11-03基金项目：国家自然科学基金(61378077)作者简介：黄选~(1988一)，女，硕士生，主要从事气动光学头罩与流场光传输仿真

6、方面的研究。Emali：hxp—study@sina．com导师简介：许东(1973一)，男，副教授，博士，主要从事成像制导、气动光学、模式识别方面的研究。820红外与激光工程第44卷度场和应力场的影响，材料的密度和极化率发生改式中：与L为关于折射率与折射率梯度的矩阵。通变，进而引起折射率的变化。主要表现为热光效应和过给定初始位置r0和光线方向可以计算得出该弹光效应【6]。在温度和应力应变作用下，光学头罩的步末端的位置，_和方向，并以此作为下一步追迹折射率可以描述为：的初始条件，逐步跟踪直至完成整个过程。2．3光学评价函数，z=‰+等Ao-(5)利用

7、光线追迹法可以获得头罩出射面的光程差式中：n。为窗口材料的标准折射率；为热光系OPDf：数；△丁为窗口温度的变化量；为弹光系数矩阵；1OPD产(nil-OPDo)(1o)△为应力的变化量。式中：n为每一步的折射率；fl为可变步长；OPDo为公式(5)中的第二项即由温度变化引起的折射率主光线的光程。改变，随着温度上升，窗口材料的密度随着膨胀而减相应的波相差，)')可表示为：小，极化率随着电子跃迁的频率上升而增加，此过程也9m-，y)=OPD(11)称为热光效应。第三项即由应力应变的作用引起窗口材料的光学性质改变，主要是指折射率发生变化，光源发出的球面波

8、经光学系统后在出瞳处的光此过程称为弹光效应。瞳函数表示为：2．2光线追迹法P，y=／A∥(12头罩由于受到非