低温红外目标模拟光学系统设计及反射镜制冷技术研究

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1、硕士学位论文低温红外目标模拟光学系统设计及反射镜制冷技术研究DESIGNOFCRYOGENICINFRAREDTARGETSIMULATIONOPTICALSYSTEMANDSTUDYOFMIRRORCOOLINGTECHNOLOGY翟金龙哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535.2密级：公开工学硕士学位论文低温红外目标模拟光学系统设计及反射镜制冷技术研究硕士研究生:翟金龙：导师:胡忠辉副教授：申请学位:工学硕士：学科:光学工程：所在单位:航天学院：答辩日期:201：6年6月授予学位单位:哈尔滨工业大学：ClassifiedIndex:O

2、439U.D.C:535.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFCRYOGENICINFRAREDTARGETSIMULATIONOPTICALSYSTEMANDSTUDYOFMIRRORCOOLINGTECHNOLOGYCandidate：ZhaiJinlongSupervisor：Assoc.Prof.HuZhonghuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalEngineeringAffiliation：SchoolofAstronaut

3、icsDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要低温红外目标模拟系统主要通过模拟静态和动态目标以及真空冷背景来测试红外制导系统灵敏度等关键指标。低温红外目标模拟光学系统作为其核心，是系统研制的关键，由于系统工作在低温下，需要考虑光学系统中反射镜的制冷，反射镜表面的温度均匀性直接影响到光学系统性能的优劣。本文主要对低温红外目标模拟光学系统以及反射镜的制冷技术进行了设计与研究。首先，针对低温红外目标模拟系统的应用背景进行了光学系统的设计。在设计过

4、程中，对低温红外目标模拟系统的总体布局进行了设计；通过对比反射式与透射式光学系统的优缺点，确定了低温红外目标模拟光学系统的结构形式，采用离轴三反射式光学系统；在光学系统的设计过程中，求取了共轴三反系统的初始结构参数以及光阑的离轴量，再利用光学设计软件对求取的参数进行优化设计，完成了低温红外目标模拟光学系统的设计。其次，对反射镜制冷技术进行了研究。结合影响反射镜材料选择的几种因素，完成了对反射镜材料的选择，确定为Al6061-T6材料；利用光学系统设计出的主镜结构参数进行了反射镜结构设计，在设计过程中，确定了反射镜的结构形式为平凹形结构，反射镜的径厚比以及反射镜的轻量化结构参数，再利用机械设计

5、软件完成了反射镜结构的建模；对反射镜的制冷技术进行了研究，采用冷束制冷，既提高了制冷效率，也使反射镜镜面制冷更加均匀；结合反射镜实际工作状态，对反射镜的制冷技术进行了改进，提出了反射镜制冷保持技术的方法；采用光机热集成分析的方法，对反射镜制冷后的温度均匀性引起的镜面形变进行了分析验证，能够满足光学系统性能要求。关键词：低温光学；离轴三反；有限元分析；冷束；制冷保持-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCryogenicInfraredTargetSimulationSystemismainlyusedfortestingkeyindicatorsofinfraredguidan

6、cesystemsensitivitythroughsimulatingtargetsofstaticordynamicandvacuumcoldbackground.Asitscore,cryogenicinfraredtargetsimulationopticalsystemisthekeytothedevelopmentofthesystem,sincethesystemoperatesatalowtemperature,refrigeratingofthemirroroftheopticalsystemhastobeconsidered.Becausethemirrorsurface

7、temperatureuniformitywilldirectlyaffecttheperformanceofopticalsystems.Basedonthetheoryofcryogenicoptics,heattransfer,finiteelementanalysisandsoon,thisarticledesighedcryogenicinfraredtargetsimulationopticals