透射式紅外系統(tǒng)熱光學穩(wěn)定性關鍵技術研究.pdf

1、隨著空間和軍事技術的發(fā)展，透射式紅外光學系統(tǒng)的使用越來越廣泛，苛刻的工作環(huán)境對光學系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。由于紅外材料對溫度變化的敏感性，熱環(huán)境是影響透射式紅外光學系統(tǒng)性能的主要因素，特別是對于彈載紅外光學系統(tǒng)，氣動加熱的影響使得系統(tǒng)中存在較大的溫差。提高紅外光學系統(tǒng)在熱環(huán)境中的穩(wěn)定性，對于軍事技術的發(fā)展具有積極重要的意義。
　　本文重點研究了透射式紅外光學系統(tǒng)熱效應相關理論、提高紅外系統(tǒng)熱光學穩(wěn)定性的關鍵技術以及系統(tǒng)熱光學穩(wěn)

2、定性仿真和實驗方法，主要包括以下幾個部分：
　?。?）均勻溫度變化下光學系統(tǒng)的無熱化設計方法研究。研究了光學系統(tǒng)的熱效應以及熱差產(chǎn)生的機理?；跓岵罨パa原理，設計了中波紅外（3.7~4.8μm）無熱光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)在-40℃~60℃溫度范圍內(nèi)，均勻溫度分布熱環(huán)境中像質(zhì)穩(wěn)定，在17lp/mm空間頻率處調(diào)制傳遞函數(shù)達到0.5以上。
　?。?）軸向溫度梯度下光學系統(tǒng)熱光特性研究。研究了軸向溫度梯度下透鏡的形變及折射率分布。在此基礎

3、上，首先針對忽略透鏡內(nèi)部溫度梯度的情況，研究了光學系統(tǒng)無熱化設計原理及方法，提出了軸向溫度梯度下光學系統(tǒng)廣義消熱差條件；通過在靜態(tài)無熱T-C圖中引入軸向溫度梯度 tΔ坐標，建立了軸向溫度梯度下的無熱T-C- tΔ圖；設計了軸向溫度梯度下的無熱光學系統(tǒng)，系統(tǒng)在-20℃~60℃溫度范圍內(nèi)，無論是否存在軸向溫度梯度，均能保持穩(wěn)定良好的像質(zhì)。其次討論了透鏡內(nèi)部軸向溫度梯度的影響，從光線追跡角度出發(fā)，研究了光線軌跡隨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的趨勢，在此基

4、礎上提出了改善光學系統(tǒng)像質(zhì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)修改原則，并對原設計系統(tǒng)進行了修改，使其在考慮透鏡內(nèi)部軸向溫度梯度的情況下亦能保持良好的像質(zhì)。
　　（3）徑向溫度梯度下光學系統(tǒng)熱光特性研究。建立了徑向溫度梯度下透鏡形變以及折射率分布的熱效應模型，利用此模型研究徑向溫度梯度下光學系統(tǒng)性能隨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的趨勢，提出了徑向溫度梯度下的光學系統(tǒng)無熱化設計方法。運用此方法設計了在徑向溫度梯度下無熱的光學系統(tǒng)，系統(tǒng)在-20℃～60℃溫度范圍內(nèi)，無論是

5、否存在徑向溫度梯度，均能保持穩(wěn)定良好的像質(zhì)。
　?。?）透鏡無熱裝配技術研究。針對完全圓周粘結(jié)固定的透鏡，對粘結(jié)層約束提出了一種新的假設，在此假設的基礎上推導了無熱粘結(jié)厚度方程，建立了無熱粘結(jié)厚度的簡化模型和改進模型。通過有限元分析方法，對一系列膠粘透鏡裝配體的無熱厚度進行了仿真求解，并將仿真的結(jié)果與無熱粘結(jié)厚度方程計算的解析結(jié)果進行比較，指出了方程的適用范圍。
　　（5）系統(tǒng)熱光學穩(wěn)定性仿真與實驗。由于梯度溫度分布熱環(huán)境在