折/衍混合消热差共形光学系统的设计

为了满足共形整流罩光学系统无热化工作的要求,基于硅、锗和硒化锌3种材料以及制作于整流罩内壁的衍射面设计了采用折/衍混合消热差方法的红外成像共形光学系统。介绍了共形光学系统像差特性以及衍射光学元件的像差、温度及色散特性,提出了利用可消像散的衍射面结构的温度补偿能力来设计共形光学系统消热差结构的方案,并设计了应用于中波红外成像结构中的万向支架式共形光学系统。软件分析结果表明,该系统充分利用了衍射光学元件的位相补偿,热膨胀系数小和色散因子大等特点,在-40～70℃能够较好地保证±20°搜索观察视场中的成像质量,且所有观察视场中的MTF值均大于0.43。     

折/衍混合消热差共形光学系统设计

为了满足共形整流罩光学系统无热化工作的要求,基于硅、锗和硒化锌3种材料以及制作于整流罩内壁的衍射面设计了采用折/衍混合消热差方法的红外成像共形光学系统。介绍了共形光学系统像差特性以及衍射光学元件的像差、温度及色散特性,提出了利用可消像散的衍射面结构的温度补偿能力来设计共形光学系统消热差结构的方案,并设计了应用于中波红外成像结构中的万向支架式共形光学系统。软件分析结果表明,该系统充分利用了衍射光学元件的位相补偿,热膨胀系数小和色散因子大等特点,在-40～70 ℃能够较好地保证±20°搜索观察视场中的成像质量,且所有观察视场中的MTF值均大于0.43。     

基于参数化设计的压力容器有限元分析

本文基于国标GB150-2011关于压力容器的规定,完成压力舱及平盖的各项参数计算,基于计算所得参数完成压力容器的结构设计。为进一步探究计算所得参数的可行性,利用ANSYS对压力容器进行仿真分析,对压力容器结构强度及密封性能展开研究,得到压力容器处于工作状态时的应力及变形分布情况。由数值仿真结果所得应力及变形云图可知：压力容器处于最大工作压力时,平盖及压力舱O形圈沟槽处的相对变形量为0.13mm,O形圈压缩量为17.5%,满足密封性能的要求。压力舱最大应力为150MPa,平盖最大应力为100MPa,两者的应力值均小于材料的屈服强度,满足结构强度要求。     

高速电梯轿厢整流罩气动噪声研究

为了研究高速电梯轿厢的气动外形设计对气动噪声的影响,采用Transition k-kl-omega模型分析了3种轿厢外形与气动噪声的关系,研究了高速电梯轿厢及其上下两端分别安装锥形整流罩和拱形整流罩时,轿厢周围流场与气动噪声特性以及整流罩对轿厢气动噪声的影响。利用Fluent软件对轿厢高速运行产生的流场进行了仿真,获得了轿厢表面的空气流速和静压力。仿真结果表明:拱形整流罩相比于锥形整流罩气动性能好,风噪消减效果更显著,同时,给出了整流罩拱顶高度的优化值,为高速电梯整流罩的设计提供了有益参考。     

超声冲击处理S30408不锈钢表面损伤研究

基于GTN模型,采用有限元分析的方法,研究了超声冲击处理过程中S30408的表面损伤。研究结果表明,当冲击速度为5 m/s时,最大的残余压应力位于处理表面0.2 mm深度位置,其值达到-370 MPa。随着冲击速度的增加,残余压应力层厚度从0.65 mm增加到0.85 mm。冲击处理后的损伤呈环状,位于冲击后凹坑边缘,冲击中心不受影响。冲击损伤层厚度约为0.07 mm,冲击处理后,移除大约0.1 mm的表面层能够在保持硬化、压力层的基础上避免冲击带来的表面粗糙度增加以及塑性损伤。     

离轴回转对称棱镜式头戴显示器目镜的研制

针对大曲率自由曲面棱镜在加工中存在表面粗糙度差的问题,本文采用离轴非球面面型研制了棱镜式虚拟显示目镜.目镜的3个光学表面都采用了回转对称的非球面面型,其加工精度比自由曲面高且加工难度大大降低.通过控制棱镜各表面的曲率、倾斜角度来实现短焦距和大视场并通过优化高次非球面系数校正像差.实验结果显示:研制的目镜其光瞳大小为6 mm,视场大小为55°;在30 lp/mm处,轴上视场的调制传递函数(MTF)值高于0.2,轴外视场的MTF值高于0.1,目镜的最大畸变量为-5.37％.棱镜的检测和试验结果表明:与自由曲面棱镜相比,采用非球面面型能够显著降低棱镜表面的粗糙度,避免图像重影现象,成像更为清晰,虚拟成像的目视效果得到了明显改善.     

直流式风洞风扇段三维流场特性分析

针对某直流低速风洞风扇段的三维流场特性,研究了风扇系统中风扇、整流罩、止旋片三种部件对风扇段三维流场特性的影响情况。对比并分析只有风扇、有风扇与整流罩、有整流罩和风扇以及止旋片的三种结构的风扇系统对于风扇段内部流场速度分布、出口处湍流强度以及流场迹线的影响,研究发现:整流罩、止旋片两个部件对于风扇段内部流场质量具有显著的提升作用。对比并分析风扇叶片数依次为5、7、9,风扇安装角依次是35°、40°、45°,整流罩及止旋片结构不变情况下的共9组风扇系统模型对风扇段内部流场压力分布、速度分布以及流场流线等气动特性的影响,研究发现:风扇叶片安装角为35°,叶片数为5时风扇段内部流场特性最好,安装角为35°,叶片数为5是扇叶的最终选择参数。最后,针对叶片数为5,安装角35°结构的扇叶进行流固耦合分析,模拟仿真发现风扇5个叶片受力情况一致,其中叶尖部位的变形量最大,最大应力集中在叶根部位,符合风洞设计要求。     

基于多场耦合的感应钎焊砂轮热变形分析

针对感应钎焊砂轮热变形问题，利用有限元分析方法对温度场、组织场及应力应变场三场耦合进行模拟，研究了扫描速度和钎焊温度对砂轮热变形的影响，并对组织场形貌进行了实验验证。结果表明：仿真得到的组织场结果与实验相符，冷却到室温下的组织为铁素体、珠光体及少量马氏体；扫描速度从0.25mm/s增大至2mm/s时，相变层厚度从4.3mm降低至2.6mm,残余应力从218MPa增大至657MPa,最大变形量从7μm增大到20μm;在相同扫描速度下，900℃～950℃范围内的最大变形量变化不明显。     

可见光/中红外双波段位标指示器光学系统设计

针对制导领域目标干扰手段以及隐身水平不断提高的情况,结合可见光和中红外两个波段的特点,把两个波段两种寻的模式的位标指示器复合起来,设计了能够在双波段成像的位标指示器.该位标器采用共形整流罩来改善空气动力学性能,用Wassermann-Wolf非球面和衍射元件来校正整流罩引入的像差.对于红外系统采用光学被动式消热差法,在-40～ +65℃的温度范围进行热补偿.设计结果表明,2个子系统成像质量良好,组合系统体积小、重量轻,可昼夜全天候工作,提高了对目标的捕获、跟踪和识别能力.     

工艺参数对筒体纵向焊接残余应力影响的模拟研究

针对某公司生产的首次应用到核电上的SA508—3钢,为了得到简体上各区域残余应力大小及分布规律,定量地分析工艺参数对残余应力的影响,有效地控制焊接质量,采用ANSYS有限元建立60mm厚简体三维模型,模拟纵向焊接过程残余应力的变化。结果表明：工艺参数变化只对焊缝内、外表面中心区域以及焊缝沿厚度方向上的纵向残余应力影响比较大,焊接速度和焊接电压对残余应力曲线上的锯齿型波动产生的影响比较明显;焊接速度对残余变形的变化幅度影响最大,焊接速度与另外两个参数对残余变形影响的趋势相反。     

全频段亚纳米精度氟化钙材料加工

考虑用CaF_2材料制作投影光刻物镜可以明显提高其性能指标,本文研究了CaF_2材料加工工艺的全流程,以实现CaF_2材料的全频段高精度加工。首先,利用沥青抛光膜和金刚石微粉使CaF_2元件有较好的面形和表面质量。然后,优化转速、抛光盘移动范围、压力等加工工艺参数,并使用硅溶胶溶液抛光进一步降低CaF_2元件的高频误差,逐渐去除加工中产生的划痕并且获得极小中频误差(Zernike残差)和高频粗糙度。最后,在不改变CaF_2元件高频误差的同时利用离子束加工精修元件面形。对100mm口径氟化钙材料平面进行了加工和测试。结果表明:其Zernike 37项拟合面形误差RMS值可达0.39nm,Zernike残差RMS值为0.43nm,高频粗糙度均值为0.31nm,实现了对CaF_2元件的亚纳米精度加工,为研发高性能深紫外投影光刻物镜奠定了良好基础。     

大粗糙度气缸套内孔直径非接触测量方法研究

为解决大粗糙度的气缸套实现内孔直径自动化测量这一问题,基于电涡流传感器进行了测量方案的设计,并针对机械结构建立了测量过程的数学模型,得到了由机械结构引起的理论误差公式;通过MATLAB绘制出机械误差的三维曲面图,并得到了机械误差小于0.01 mm时各相关变量的取值范围;通过试验验证了自动测量机与内径百分表之间的测量误差,最小值和最大值误差均处于±0.015 mm内,平均值误差处于±0.01 mm内。该气缸套的内孔直径公差为±0.075 mm,结果表明,自动测量机满足现场使用要求。     

超音速光学导引头整流罩优化

导引头整流罩形状既影响导引头内光学系统成像质量,同时也影响导弹总体飞行阻力,进而影响导弹射程。整流罩形状分外曲线与内曲线两部分,以优化导引头整流罩内外曲线为目的,本文通过空气动力学仿真得到整流罩外曲线长径比与阻力的关系函数,采用光程差的评价方法得到整流罩外曲线长径比与成像质量的关系函数,在确定空气动力性能与成像质量权重后,得到优化后的整流罩外曲线,外曲线为ε=2的椭圆。在获得外曲线形状的基础上,以光线经过整流罩后偏折最小为优化目标,运用光线追迹方法,建立优化函数,最终得到优化的整流罩内曲线,内曲线为R=33.31,c=-0.78的二次曲线。     

Effect on boiling heat transfer of horizontal smooth minichannel for R-410A and R-407C

An experimental study of boiling heat transfer with refrigerants R-410A and R-407C is presented. The present paper is focused on pressure drop and boiling heat transfer coefficient of the refrigerants inside a horizontal smooth minichannel. To evaluate the diameter size effect on pressure and heat transfer characteristics, minichannels with inner diameters of 1.5 mm and 3.0 mm and with lengths of 1500 mm and 3000 mm respectively are used. The pressure drop increases with mass flux and heat flux for both inner tube diameters and for both the refrigerants. The pressure drop of R-407C is higher than that of R-410A, but the heat transfer coefficient of R-410A is higher than of R-407C at the low quality region. The heat transfer coefficient in the tube with an inner diameter of 1.5 mm is higher than that of 3.0 mm diameter tube at the low quality region. The comparison of present heat transfer coefficient with the predictions of some previous correlations shows a large deviation. Therefore, there is a necessity to develop a new correlation.     

基于曲面反射镜的光谱仪用光纤集光器设计

为了提高传统光纤光谱仪的探测距离, 首次提出采用两片旋转抛物面反射镜进行光谱仪用光纤集光器入射光学设计, 将光谱仪探测距离从厘米量级提高到50 m, 可用于户外被动光源条件下超低空遥感探测. 从光纤光谱仪对集光器的性能要求出发, 推导出适用于不同灵敏度光纤光谱仪, 针对不同探测目标、 探测距离和不同天气条件下的抛物型集光器外围尺寸计算公式. 根据计算结果, 利用ZEMAX光学仿真软件设计出直径16 mm, 高7.8 mm的光纤集光器模型, 并利用TracePro光纤模拟软件进行追光分析, 光学辐射放大率的仿真结果与理论计算结果完全吻合, 误差小于0.78%. 该集光器的设计可有效提高光纤光谱仪探测距离, 拓展其应用领域和范围, 且与传统透射型集光器相比, 具有结构紧凑、 轻便化、 价格低廉等优点.     

管道压力反馈式空压机结构参数对压力分布的影响研究

结合空气压缩机的结构特性设计一种管道压力反馈式空压机,可以有效降低能耗。利用Fluent软件对管道压力反馈式空压机主管道和测压管内压力分布进行数值计算。研究表明：喷嘴直径越小,在主管道及测压管内形成的负压越大;测压管直径对喷嘴和主管道内的压力分布影响较小;测压管与主管路夹角越小,喷嘴进气形成的高压区位置越低;喷嘴与测压管相对位置越小,测压管内的压力就越大。喷嘴直径为15 mm,测压管直径为10 mm,测压管与主管路夹角为45°,喷嘴与测压管相对位置为0时,测压管压力系数最小,节能效果最好。     

遗传算法在离轴四反光学系统设计中的应用

现有的光学设计软件多依赖初始结构的选取,故提出了一种基于遗传算法的四反射光学系统初始结构求解方法,以获取像质良好和特定布局的初始结构。根据初级像差理论,对同轴四反光学系统进行像差分析,建立了由带权重的初级像差系数和结构布局约束条件所组成的目标函数;通过引入遗传算法对目标函数进行优化求解,获得了像质良好、特定布局的同轴四反初始结构。最后,基于该初始结构设计了一款长焦距(1 200mm)、大视场(20°×4°)、大相对孔径(F/4)的离轴四反光学系统。该系统结构布局紧凑,各个视场的调制传递函数在50lp/mm处均大于0.52。与传统设计方法相比,提出的设计方法不需要给定初始条件,可以为四反射光学系统提供像质良好和特定结构布局的初始结构,在反射式光学系统设计中具有广泛的应用前景。     

Measuring radial pressure distributions of piston rings based on partial-thin-walled cylinder

The measurement of radial pressure distribution of piston rings is very important for minimizing the wastages of lubricating oils and hence the lower gas emissions; for improving the friction status to reduce the gasoline consumption and for the reasonable heat transfer efficiency for the desired accuracy levels. For accurate and efficient measurement of radial pressure distribution of piston rings, a new PC based prototype instrument based on a partial-thin-walled cylinder sensor is designed and developed. The present paper describes the details of the measurement principle, hardware and software of this instrument. The measurement results thus obtained using the proposed instrument during experiments performed on a conical ring of diameter 110 mm and a drum ring of diameter 120 mm, are quite accurate, consistent and repeatable within the desired level of accuracy.     

三维测量工业内窥镜的双目光学系统

针对国内工业内窥镜只限于观察,无法满足工件三维尺寸测量的现状,设计了一种探头外径为6 mm并且可以向任意方向弯曲的三维测量工业内窥镜,并介绍了该内窥镜的双目光学系统及镜体内部结构的设计。首先,基于双目立体成像的原理,提出了一种具有双物镜、单图像传感器的新型双目光学系统。其次,根据光学系统的技术要求,设计了内窥镜的头部结构。考虑到一些工件内部结构比较复杂,分别设计了内窥镜的可弯曲结构以及后部操控机构以方便一些精密工件的检测。最后,通过三维图像处理软件对待测物表面两个特征点进行长度测量试验,得到了两个特征点的间距。实验结果表明：待测物表面两个特征点的长度测量误差在±0.2 mm内。该系统基本实现了工业内窥镜的三维测量功能。     

Wolter-Ⅰ型X射线天文望远镜的光学设计

针对国内硬X射线天文观测的需求,研究了1～30keV能段圆锥嵌套Wolter-Ⅰ型X射线天文望远镜的光学设计,推导了嵌套层之间的结构递推关系,给出了合理的望远镜初始结构。在最内层和最外层之间,设计了6组W/B4C宽带非周期多层膜,模拟得到系统的有效集光面积和分辨力。理论有效集光面积达到127cm2(在2keV处)和71cm2(在30keV处),系统角分辨力约10″。系统实际成像质量还受到公差的影响,引起像质下降的公差主要有辐条位置公差、镜面位置公差和镜面面形公差。目前演示实验方便改善的公差是辐条位置公差,给出了此公差的计算方法并对系统进行光线追迹,得到了成像点列图和分辨力改变情况。辐条位置公差从±15μm缩小到±3μm后,系统分辨力由1′提高到13″。