高马赫航空遥感器光学窗口的光机热分析

为了获得航空光学遥感器高质量成像,分析了高马赫飞行下温度和压力对光学窗口光学性能的影响。首先利用有限元分析软件计算出窗口玻璃在指定温度场或压力场和边界条件作用下的变形量;然后根据得到的窗口玻璃表面节点的位移变化,再以Zernike多项式为接口拟合镜面变形,将计算出的Zernike拟合系数带入光学分析软件ZEMAX中进行分析;最后结合某光学系统对比分析了温度场和压力场作用下的光学系统传递函数图。通过对比结果分析可知,高马赫飞行时,窗口玻璃上产生的温度场对光学系统的传递函数的影响比窗口上的压力场大得多。结果表明,高马赫飞行中,窗口玻璃的设计应更多程度的考虑温度影响。此分析可为高马赫工况下光学窗口的设计提供一定参考。     

航空相机大面阵CCD多自由度拼接方法研究

随着科学技术的进步,航空相机向着高分辨率、大视场方向发展,现有单片CCD 不能满足大视场的要求,高精度、多自由度的CCD拼接技术已成为当前发展的迫切需求.通过对比现有拼接技术的优劣,提出了一种新的大面阵CCD多自由度机械交错拼接技术,采用三点凸轮式多自由度拼接机构,取代传统修磨垫片方式,拼接时可在线实时调整.对拼接精度进行分析,结果表明,该方法的搭接误差 2m,共面误差 4m,满足航空相机大视场和高分辨率要求;对拼接结构进行模态仿真分析与模态测试实验,拼接机构一阶谐振频率大于390 Hz,满足使用要求.     

高马赫飞行器迎风面与攻角对光学窗口周围流场的影响分析

为了提高高马赫飞行下光学窗口的光学性能,对比分析了基于气动光学效应三种飞行器模型不同攻角的马赫数场、密度场、温度场和压力场的流场结构及对光学性能的影响.首先, 根据飞行器与来流的迎风面,建立了三种飞行器典型模型;继而, 给出了0、5和10攻角飞行工况;然后,建立了基于Navier-Stokes方程和湍流模型的三种攻角流场分布;最后, 对比分析了宽平头体飞行器中三种攻角温度场作用下的光学系统传递函数.结果表明,马赫数场与密度场、温度场与压力场分别具有相似分布形式;相同飞行速度和攻角下,大迎风面的飞行器光学窗口周围温度与压力较小迎风面大;相同飞行器,较大攻角对应较大流场强度,攻角为0、5和10时传递函数分别为0.188,0.097和0.028.此分析结果可为高马赫飞行下光学窗口优化提供一定的理论依据.     

剪切增稠液体的制备及其性能表征

研制了一种新型功能材料——剪切增稠液体（Shear thickening fluid，即STF）。采用溶胶凝胶方法制备纳米二氧化硅作为分散相，极性溶剂作为分散介质。用流变仪测量了二氧化硅质量分数分别为30％、40％、50％、60％和70％的体系稳态和动态粘度曲线，结果表明，在低剪切速率下，出现剪切变稀现象，在高剪切速率下，出现剪切增稠现象。从实验角度证明了剪切增稠的可逆性。并对不同固相含量的剪切增稠液体的性能进行了分析比较。     

航空相机气密光学窗口及其保护罩的设计

为了保证航空相机的成像效果,设计了气密光学窗口及其保护罩。本文对光学窗口的设计流程进行了分析,讨论了光学窗口设计的考虑因素,例如光学材料、光学厚度、压力和气密安装方案等。为了实现在非工作状态下对光学窗口的保护,设计了双层舱门结构形式的光窗保护罩,实现了系统的小型化。通过仿真分析和试验,测试了气密光学窗口和光窗保护罩的稳定性,系统能够在2个大气压和高低温环境下正常工作,性能良好。光学窗口保护罩整个厚度仅为37mm,能够实现快速开启与关闭,单程时间为7.7 s。相关分析方法解决了光学窗口设计问题的盲目性,使光学窗口的设计更加合理可靠。本文提出的方案为航空相机光学窗口的设计和保护提供了参考和技术支持。     

长焦距航空遥感器过载载荷下的光机集成分析

环境载荷引起的航空遥感器光机系统变形对遥感器的光学系统性能会产生严重的影响。为了评估这种影响,需要一种将结构分析和光学分析相结合的有效手段。利用光机集成分析方法,首先建立了长焦距航空遥感器的有限元模型并进行了静力学分析,针对整个航空遥感器系统分别给定航向、展向和法向的加速度载荷,仿真分析了航空遥感器在机载飞行中的变形情况,重点分析由环境载荷、支撑结构所导致的各光学元件的表面节点位移变化,并以Zernike多项式为接口拟合各光学元件的镜面变形,将计算出的拟合系数代入光学分析软件对遥感器系统进行光机集成分析,评估指定环境载荷对该遥感器结构的光学系统性能的影响。分析结果表明,该航空遥感器在过载情况下,遥感器整体系统工作状态的光学调制传递函数在空间频率为0~62.5 cycle/mm范围内不低于0.16,经光学核算满足成像要求。     

航空低温温度对自准直检焦系统的影响

为了研究航空低温温度对自准直检焦系统的影响,从而指导实际检焦系统的设计及修正,本文根据自准直检焦及几何光学原理,分析了单点成像、条纹成像及有无像散条件下,成像位置、成像宽度与接收的光强度差之间的相互关系,并给出了相关理论公式。结合实际的相机工况,对光学系统进行了相应的仿真,仿真结果显示,仿真双波峰电压值为1.4 V和0.47 V,与实际的检焦双波峰电压值1.38 V和0.56 V基本一致。根据结果进行了温控和柔性支撑,从而使检焦正常,提高了自准直检焦系统的温度适应性。本研究对系统的温度适应性具有指导作用。     

光学载荷钢丝绳减震器的结构设计与分析

为了减小振动对大负载光学载荷在飞行过程中相机成像质量的影响，设计了一种新型向心结构的减震器。针对传统减振器的不足，提出了向心结构的设计方案，可以很好地将力进行解耦，通过在升降板上沿圆环均布的方式排列安装，有效避免了光学载荷内部发生碰撞。为了检验向心结构的减振效果，通过拉伸试验与有限元分析相结合的方式对光学载荷验证。结果表明，在120 kg负载下，整体结构最大变形为3 mm，最大应力为34.3 MPa，实际振型频率为9.81 Hz，均满足设计要求。