航空相机光机热分析与热控技术研究

【类型】学位论文

【作者】樊越 

【关键词】 航空相机 光机热分析 热网络 灵敏度分析 模型修正 热控设计

【摘要】航空相机作为高效获取地面信息的一种重要设备，在军用和民用领域得到广泛应用。随着应用的深入，各领域对航空摄影图片的分辨力要求越来越高，如何提高航空相机的成像质量成为研究人员所面临的重要课题之一。在航空相机所处的复杂多变的环境中，温度扰动是影响其成像质量的关键因素。因此研究不同温度场分布对光学系统的影响、设计合理可靠的热控系统对于航空相机获取高分辨力的地面图像和提高使用效率具有重要意义。结合航空相机的结构和环境特点，运用光机热集成分析方法和热光学灵敏度分析方法，分析了温度水平变化和温差对航空相机成像质量造成的影响，从而确定了航空相机能高分辨力成像的温度指标。根据航空相机的实际温度分布进行了初步热控设计，并以此为基础设计了试验航空相机，为了改善被动热控效果，着重设计了框架隔热结构。为了研究航空相机的热学特性，以试验航空相机为物理原型建立了其热网络数学模型。利用模型分析了光学系统的漏热路径和漏热率，并根据分析结果对光学系统的加热回路和加热功率进行了优化设计。分析了光学系统温度对模型中的不确定性热网络参数的灵敏度，确定了关键热网络参数及其最佳取值范围，并以此为依据对被动热控设计进行了优化。对试验航空相机进行了瞬态热试验，利用试验数据修正了热网络模型的结构。运用误差分析技术对试验数据的可靠程度进行了评估。探讨了最小二乘法、蒙特卡洛法和遗传算法在热网络模型参数修正中的应用，肯定了遗传算法的优势。通过对航空相机光学系统热惯性的分析，提出了飞行工况和低温工况下光学系统的热控策略，对热控系统进行了优化设计，并利用热网络模型进行热控仿真。设计了航空相机热控试验系统，利用试验航空相机进行热控试验。试验结果表明所设计的热控系统在飞行工况下将光学系统温度控制在20℃±2℃范围内，低温工况下将光学系统温度在一个小时内从-55℃提升到-20℃，并将温差控制在温度指标范围内。由此证明了热网络分析的有效性和热控设计的合理性。

【学位名称】博士

【学位授予单位】中国科学院研究生院（光电技术研究所）

【学位授予年度】2016

【导师姓名】马文礼，梁伟

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