太陽模擬器理論及應(yīng)用研究.pdf

1、太陽模擬器是空間環(huán)境模擬的重要設(shè)備，其主要作用是提供近似于真實(shí)太陽光譜分布的、均勻穩(wěn)定的可控輻射源，以滿足航天器的熱真空試驗(yàn)、衛(wèi)星姿態(tài)部件的測(cè)試標(biāo)定、光學(xué)遙感器的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、太陽能光伏發(fā)電及材料特性測(cè)試等領(lǐng)域的需求。太陽模擬的光學(xué)系統(tǒng)主要由光源系統(tǒng)、勻光系統(tǒng)和成像系統(tǒng)組成，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性直接決定著系統(tǒng)輻照面的輻照度、均勻性、穩(wěn)定性、光譜分布、輻照面大小及準(zhǔn)直角等物理特征和幾何特征，而太陽模擬器的研究過程中最關(guān)鍵的問題是系統(tǒng)的

2、提高能量利用率和照明均勻性，這也一直以來是太陽模擬技術(shù)研究中的重點(diǎn)。
　　本文圍繞太陽模擬器的設(shè)計(jì)理論及研究方法展開了深入的討論，根據(jù)太陽模擬器的發(fā)展歷程，分析并總結(jié)了不同類型太陽模擬器的光學(xué)設(shè)計(jì)原理和光學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，太陽模擬器的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要同時(shí)考慮光能利用率、照明均勻性及成像光束質(zhì)量等因素，這就必須通過成像光學(xué)理論與非成像照明光學(xué)理論相結(jié)合的方式，以進(jìn)一步提高傳統(tǒng)太陽模擬器光學(xué)性能。
　　文章首先闡述了非成像光學(xué)理論

3、的基本概念，將光學(xué)擴(kuò)展量引入到太陽模擬系統(tǒng)的能量分析過程中，通過對(duì)光源、橢球聚光鏡及光學(xué)元件的光學(xué)擴(kuò)展量進(jìn)行了詳細(xì)的分析，討論了光學(xué)擴(kuò)展量與系統(tǒng)能量利用率的關(guān)系，為太陽模擬器的能量利用率的計(jì)算提供了理論依據(jù)和優(yōu)化方法。
　　太陽模擬系統(tǒng)的照明均勻性分析是本文工作的另一個(gè)重點(diǎn)。本文在理解基本照明原理的基礎(chǔ)上，通過多通道柯勒照明方式建立了太陽模擬器的均勻照明的模型，并詳細(xì)分析了照明均勻性的主要影響因素，指出可以通過增加透鏡數(shù)目、減少衍

4、射效應(yīng)、控制聚光鏡的像差三個(gè)方面來提高輻照面的均勻性，為太陽模擬器的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了有益的參考。
　　最后，在理論研究的基礎(chǔ)上，本文研制了準(zhǔn)直式太陽模擬器和投影式太陽模擬器，分別詳細(xì)介紹了太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程與結(jié)果，研制光棒式光學(xué)積分器，提高了照明的均勻性，設(shè)計(jì)了三片式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)和物方遠(yuǎn)心投影光學(xué)系統(tǒng)，改善了傳統(tǒng)同軸式太陽模擬器的光學(xué)性能，通過系統(tǒng)仿真分析和實(shí)際檢測(cè)驗(yàn)證了光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，并分析了太陽模擬器的未來發(fā)