轻小型三线阵航摄仪热控设计

doi:AA908C69029A0079919524078AF18FC1

	轻小型三线阵航摄仪热控设计
	隋愿愿
学位类型	硕士
导师	贾宏光
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	光机热集成分析热网络模型修正热控设计
摘要	航空技术的高速发展使航空摄影测量设备普遍应用于军用及民用领域。航空摄影测量技术由于成本投入较少、时效性高,是获取地面信息的重要技术措施,航空相机在各个领域都有深入作用,这对其光学系统的成像质量提出了愈来愈高的要求。三线阵航摄仪是一种重要的航空摄影测量设备,以光学摄像的形式为测量技术的应用提供准确的图像信息,对提高其成像质量的研究成为急需攻关的重要课题。三线阵航摄仪搭载于无人机机舱内,主要作业环境为中低高度的对流层,其工作环境的温度受飞机飞行高度及飞行季节的影响较大,因此热扰动成为影响航摄仪成像质量及测量精度不可忽视的重要因素。对三线阵航摄仪进行光机热集成分析,考虑温度场分布的变化对光学系统的影响,并对其进行热控制系统的设计研究,具有重要的现实意义。针对无人机载航摄仪所处热学环境的多变性和复杂性,对其光学系统在多个热学环境下进行热光学分析,通过ZEMAX软件获取系统离焦量和传递函数的变化情况,得到其光学系统达到成像质量要求的温度水平范围作为热控制系统的设计指标。为保证极端低温工况下的航摄仪光学系统温度水平在指标范围内,减少航摄仪热损失量、减缓漏热速度,对隔热材料、隔热机构布局进行选取和设计,完成轻量化的被动热控设计。基于此设计,建立热网络模型,研究航摄仪的热学特性,分析并计算航摄仪镜头组件的漏热路径及热损值。对于热模型分析计算精度较低的问题,从参数分析和修正方法研究两个方面入手,分析构成热网络系数的各项热物理参数的灵敏度,并据此分析结果对其进行分类,分类结果作为对热模型分层修正顺序的依据。对航摄仪模拟件进行低温环境下的热试验,并进行试验数据的误差分析,构建瞬态温度的最小误差目标函数,利用拉丁超立方法和无约束优化法对热网络模型分层修正。利用某一低温工况试验数据对修正后的热网络模型计算结果进行测试,确保修正后的模型精度达到主动热控设计需求。修正后的热网络模型用于估算光学系统各组件的漏热情况,并用于指导主动热控的初步设计;有限元模型用于分析航摄仪的结构-热学关系,从而进行主动热控设计方案的迭代优化,减小低温环境下镜头组件的热损值、有效补偿不同区域的热损。在此基础上设计了航摄仪试验用原理样机。搭建热控试验平台,利用原理样机进行瞬态热试验。试验结果表明,在低温工况下,开启主动热控系统后,航摄仪光学系统温度能在40min内将温度控制到20(±5)℃,并将温度梯度控制在4℃内。实验结果验证了热控设计方案的有效性,确保温度控制的即时性。本文的工作对其他机载设备热控技术的研究具有重要的参考意义。
页数	92
DOI	AA908C69029A0079919524078AF18FC1
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63914
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	隋愿愿. 轻小型三线阵航摄仪热控设计[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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