星敏感器光学系统的温度分布及其对像面位移的影响研究

论文摘要

温度对高精度星敏感器精度有很大影响,为了达到高精度星敏感器精度要求,必须研究各种因素对星敏感器光学系统温度分布的影响,为工程设计提供参考。本文首先采用一组矩形谱带近似来模拟热控涂层的光谱辐射特性。通过离散圆柱坐标系下三维稳态导热方程,考虑辐射导热边界条件并线性化,求解考虑多次反射后的辐射传递因子,编程求解几种热控涂层下遮光罩模型的温度分布。运用I-DEAS软件求解了星敏感器系统的温度分布,分别拟合得到了星敏感器光学系统温度分布与外表面太阳吸收率、外表面发射率、内表面发射率、太阳入射角以及镜筒和填充材料导热系数的函数关系。针对本文采用的光学系统,镜筒材料的导热系数和填充材料的导热系数对系统温差的影响存在一个非敏感区域,当其导热系数分别大于60W/（m i K）和200W/（m i K）时,导热系数对系统温差的影响很小。然后,根据矩阵光学理论,推导出了温度变化时含有多个光学器件的星敏感器像面位移计算公式,且运用该公式计算表明,光学系统从一个均匀温度分布状态变到另一个时的温差越大,像面位移量的绝对值越大,且还发现对本文所采用的光学系统像面位移影响最大的是第4、5、6块透镜,光学系统的像面位移在热补偿条件下明显减少。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作及结构安排
• 第二章 温度求解理论模型
• 2.1 引言
• 2.2 星敏感器热平衡分析
• 2.3 软件介绍
• 2.3.1 I-DEAS 软件功能介绍
• 2.3.2 软件的热建模理论及热分析步骤
• 第三章 谱带模型理论研究热控涂层对遮光罩温度的影响
• 3.1 引言
• 3.2 物理模型
• 3.3 能量方程及边界条件
• 3.3.1 传热方程
• 3.3.2 边界条件
• 3.4 辐射传递因子求解
• 3.4.1 角系数的完整性
• 3.4.2 辐射传递因子求解
• 3.5 数值方法
• 3.5.1 边界条件的线性化
• 3.5.2 迭代方法
• 3.5.3 正确性的检验
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 太阳常数的光谱分布
• 3.6.2 讨论分析
• 3.7 小结
• 第四章 星敏感器光学系统温度分布研究
• 4.1 引言
• 4.2 仿真模型及边界条件
• 4.3 星敏感器系统温度的被动热控制
• 4.3.1 外表面涂层对光学系统温度分布的影响
• 4.3.2 内表面涂层对光学系统温度分布的影响
• 4.3.3 太阳入射角对光学系统温度分布的影响
• 4.3.4 导热系数对光学系统温度分布的影响
• 4.3.5 隔热材料和导体填充材料对光学系统温度分布影响
• 4.4 星敏感器系统温度的主动热控制
• 4.5 遮光罩模型光学系统温度分布
• 4.6 各个因素与系统温度分布的函数关系
• 4.6.1 太阳吸收率与系统平均温度关系
• 4.6.2 外表面发射率与系统平均温度的关系
• 4.6.3 内表面发射率与系统平均温度的关系
• 4.6.4 太阳入射角与系统平均温度的关系
• 4.6.5 镜筒导热系数与温差的关系
• 4.6.6 填充材料与温差的关系
• 4.6.7 尺寸对系统的影响
• 4.7 小结
• 第五章 温度对星敏感器光学系统像面位移的影响研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料匹配
• 5.3 像面位移的计算和分析
• 5.3.1 均匀温度下像面位移的计算
• 5.3.2 一块透镜温度改变时像面位移的计算
• 5.3.3 系统的无热设计
• 5.4 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果