光机热集成分析在空间激光发射机的应用

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1、航天返回与遥感第37卷第2期100SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2016年4月光机热集成分析在空间激光发射机的应用崔世程雷文平（北京空间机电研究所，北京100094）摘要文章介绍了基于抽象模型的光机热集成分析法的原理和技术路线，并以某空间激光发射机为例，分析了温度对激光光束品质所造成的影响。首先搭建起以Comet软件为核心的仿真分析平台，并创建了相应的流程模板；其次，定义材料库文件，建立起空间激光发射机的有限元模型，包括结构有限元模型和热有限元模型；再次，执行在轨热分析，并将分析所得的温度场映射给结构有限元模型，再进行

2、热弹性分析，得到光学系统的变形场分布；最后进行Zernike多项式拟合，并将变形后的光学表面导入到光学设计软件，分析温度对激光发射机的波前差的影响。结果表明，基于抽象模型的光机热集成分析技术能够实现光机热各学科间数据的自动流传，快捷地完成仿真任务，从而为系统提供高效率的设计验证。关键词集成分析光机热抽象模型热变形空间激光发射机中图分类号:TN248文献标志码:A文章编号:1009-8518(2016)02-0100-08DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2016.02.013IntegratedOptical-structura

3、l-thermalAnalysisonSpaceLaserTransmitterCUIShichengLEIWenping（BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China）AbstractThispaperdiscussesprinciplesandtechnicalwayoftheintegratedoptical-structural-thermalanalysismethodbasedonanabstractmodel,anddescribestheinfluenc

4、eoftemperatureonthelaserbeamqual-itybyconductinganintegratedanalysisofaspacelasertransmitter.First,ananalysisplatformwithCometasthecoreisestablished,andthecorrespondingprocesstemplateiscreated.Secondly,thematerialfileiswritten,andthefiniteelementmodeloflasertransmitterisfounded.

5、Thirdly,theon-orbittemperaturedistributionissimulated,andthetemperaturefieldismappedtostructurefiniteelementmodel.Thentheelasticanalysisismadetogetthermaldeformation.Intheend,thedeformedopticalsurfacefittedwithaZernikepolynomialisputintoanopticalsoftwaretoanalyzetheeffectoftempe

6、ratureonwave-frontaberration.Theresultsshowthatthemethodcanrealizetheinterdisciplinarydataautotransmissionandcompletetheanalysisrapidly,soastodirectlyevaluateopticalperformance.Keywordsintegratedanalysis;optical-structural-thermal;abstractmodel;thermaldeformation;spacelasertrans

7、mitter0引言空间激光发射机既受到内部热载荷的作用，又受到太阳热辐射的影响，由此产生的光学表面温度差收稿日期：2016-01-29第2期崔世程等:光机热集成分析在空间激光发射机的应用101会影响激光发射机的光学元件面形精度，从而导致激光光束品质降低。同时空间激光发射机受到体积、质量及散热手段的限制，因此在设计阶段有必要针对在轨使用环境进行光机热设计验证。我国空间激光[1]发射机的发展还处于起步阶段，这类设计验证的研究相对较少。本文采用基于抽象模型的光机热集成[2][3-4]（IOST）分析技术，快速完成对空间激光发射机的热光学分析。1光机热集成分析

8、原理[5-10]光机热集成分析是解决多学科问题的常用方法，在空间太阳望远镜、红外镜头、航空相机