RU2468342C1 - Off-axis solar simulator of thermal vacuum chamber - Google Patents
Off-axis solar simulator of thermal vacuum chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2468342C1 RU2468342C1 RU2011112413/28A RU2011112413A RU2468342C1 RU 2468342 C1 RU2468342 C1 RU 2468342C1 RU 2011112413/28 A RU2011112413/28 A RU 2011112413/28A RU 2011112413 A RU2011112413 A RU 2011112413A RU 2468342 C1 RU2468342 C1 RU 2468342C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- vacuum chamber
- solar radiation
- biconcave lens
- parabolic
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 38
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 241000764238 Isis Species 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к тепловакуумным камерам космической техники, а точнее к неосевому имитатору солнечного излучения (ИСИ) тепловакуумной камеры (ТВК), и может быть использовано при тепловаккумных испытаниях космического аппарата (КА) или его составных частей.The invention relates to thermal vacuum chambers of space technology, and more specifically to an off-axis solar radiation simulator (ICI) of a thermal vacuum chamber (TCE), and can be used in thermal vacuum tests of a spacecraft (SC) or its components.
Известны схемы ТВК «Дженерал электрик» с ИСИ неосевой оптической схемы (О.Б.Андрейчук, Н.Н.Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1982. Стр.23, рис.3.1; стр.51, рис.3.25), содержащие элементы ИСИ, такие как оптический отсек ТВК, параболическое зеркало, ксеноновые дуговые лампы, линзовую систему, плоское зеркало.There are well-known schemes of the General Electric TVC with a non-axial optical ICI (O.B.Andreychuk, NN Malakhov. Thermal tests of spacecraft. M: Mashinostroenie, 1982. P. 23, Fig. 3.1; p. 51, fig. .3.25) containing ICI elements, such as an optical TCE compartment, parabolic mirror, xenon arc lamps, lens system, flat mirror.
Недостаток этих устройств заключается в неудовлетворительном коэффициенте полезного действия (КПД) их работы и неудовлетворительной равномерности облучения поверхности испытуемого объекта. Причиной этому является увеличенный состав линзовых систем, зеркал. При последовательном прохождении через них значительно ослабевает световой поток имитации солнечной радиации и тем самым снижается КПД. Указанные ИСИ не содержат специальных устройств, обеспечивающих повышенную степень равномерности облучения поверхности испытуемого объекта.The disadvantage of these devices is the unsatisfactory coefficient of performance (COP) of their operation and the poor uniformity of irradiation of the surface of the test object. The reason for this is the increased composition of lens systems, mirrors. With successive passage through them, the luminous flux of simulating solar radiation is significantly weakened and thereby the efficiency is reduced. These ISIs do not contain special devices that provide an increased degree of uniformity of irradiation of the surface of the test object.
В качестве прототипа выбран неосевой имитатор солнечного излучения (ИСИ) тепловакуумной камеры (ТВК) (О.Б.Андрейчук, Н.Н.Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1982. Стр.38, рис.3.10, б)), содержащий входной иллюминатор, герметично встроенный в корпус ТВК, параболический коллимирующий отражатель для отражения имитируемого солнечного излучения на объект испытаний (КА - космический аппарат), расположенный в ТВК, лампы - источники солнечного излучения, расположенные вне ТВК, линзу (линзу-конденсор), установленную снаружи ТВК перед иллюминатором.As a prototype, a non-axial simulator of solar radiation (ISI) of a thermal vacuum chamber (TCE) was selected (O.B.Andreychuk, NN Malakhov. Thermal tests of spacecraft. M: Mashinostroenie, 1982. P. 38, Fig. 3.10, b )) containing an input porthole, hermetically integrated into the TCE body, a parabolic collimating reflector for reflecting simulated solar radiation to the test object (SC - a spacecraft) located in the TCE, lamps - solar radiation sources located outside the TCE, a lens (condenser lens) ) installed and TCEs in front of the porthole.
Недостаток прототипа заключается в неудовлетворительной равномерности (однородности) облучения объекта испытаний. Причиной этому является отсутствие в прототипе устройства между иллюминатором и параболическим коллимирующим отражателем, обеспечивающего равномерность облучения, направляемого на параболический коллимирующий отражатель. Другой недостаток прототипа заключается в том, что линза и иллюминатор выполнены по отдельности, что не способствует улучшению равномерности проходящего через них излучения, а последовательное прохождение световым потоком имитации солнечного излучения значительно снижает КПД при работе прототипа (интенсивность излучения при прохождении через одну поверхность снижается примерно на 4%).The disadvantage of the prototype is the poor uniformity (uniformity) of the irradiation of the test object. The reason for this is the absence in the prototype of the device between the porthole and the parabolic collimating reflector, ensuring the uniformity of the radiation directed to the parabolic collimating reflector. Another disadvantage of the prototype is that the lens and the porthole are made separately, which does not improve the uniformity of the radiation passing through them, and the sequential passage of the light flux simulating solar radiation significantly reduces the efficiency during operation of the prototype (the radiation intensity when passing through one surface decreases by approximately four%).
Задачи изобретения заключаются в повышении КПД работы ИСИ и равномерности облучения поверхности испытуемого объекта (КА или его составной части).The objectives of the invention are to increase the efficiency of the ISI and the uniformity of the irradiation of the surface of the test object (SC or its component).
Задачи решены за счет того, что в предложенном неосевом имитаторе солнечного излучения тепловакуумной камеры (содержащим входной иллюминатор, герметично встроенный в корпус тепловакуумной камеры, параболический коллимирующий отражатель для отражения имитируемого солнечного излучения на объект испытаний, например на космический аппарат, расположенный в тепловакуумной камере, лампы - источники солнечного излучения, расположенные вне тепловакуумной камеры, зеркальный смеситель), иллюминатор одновременно выполнен в виде двояковогнутой линзы, каждый источник солнечного излучения выполнен с эллипсоидным рефлектором и вспомогательным сферическим зеркалом для возврата не охваченных рефлектором лучей, между параболическим коллимирующим отражателем и двояковогнутой линзой на пути светового потока установлен зеркальный смеситель, выполненный в виде равномерно расположенных в плоскости соприкасающихся своими гранями выпуклых зеркальных линз с квадратными профилями, для отражения падающего на каждую из них имитируемого солнечного излучения от двояковогнутой линзы на параболический коллимирующий отражатель в виде расходящегося светового потока с падающим пятном на него, равным или близким по площади к площади параболического коллимирующего отражателя; двояковогнутая линза, выпуклые зеркальные линзы с квадратными профилями, параболический коллимирующий отражатель и вспомогательные сферические зеркала выполнены с параметрами:The problems were solved due to the fact that in the proposed non-axial simulator of solar radiation of a vacuum chamber (containing an input porthole, hermetically integrated in the housing of the vacuum chamber, a parabolic collimating reflector for reflecting the simulated solar radiation to the test object, for example, to a spacecraft located in the vacuum chamber, lamps - sources of solar radiation located outside the thermal vacuum chamber, mirror mixer), the porthole is simultaneously made in the form of a biconcave th lens, each solar radiation source is made with an ellipsoid reflector and an auxiliary spherical mirror for returning rays not covered by the reflector, between the parabolic collimating reflector and the biconcave lens in the path of the light flux there is a mirror mixer made in the form of convex mirror lenses uniformly arranged in the plane touching their faces with square profiles to reflect simulated solar radiation incident on each of them from a biconcave lens collimating parabolic reflector as a divergent light flux with the incident light spot on it, equal to or close to the area by area collimating parabolic reflector; a biconcave lens, convex mirror lenses with square profiles, a parabolic collimating reflector and auxiliary spherical mirrors are made with the following parameters:
- наружный и внутренний радиусы кривизны двояковогнутой линзы равны соответственно минус 1,050 и плюс 1,050 м;- the outer and inner radii of curvature of the biconcave lens are respectively minus 1,050 and plus 1,050 m;
- диаметр двояковогнутой линзы равен 0,6 м;- the diameter of the biconcave lens is 0.6 m;
- половина угла сходимости потока, поступающего на двояковогнутую линзу (угол падения «крайнего луча» потока), равна 14 градусам;- half the angle of convergence of the stream entering the biconcave lens (angle of incidence of the "extreme beam" of the stream) is equal to 14 degrees;
- габариты выпуклых зеркальных линз с квадратными профилями равны (0,04×0,04) м и с радиусами их кривизны, равными 0,16 м;- the dimensions of convex mirror lenses with square profiles are (0.04 × 0.04) m and with radii of curvature equal to 0.16 m;
- габариты параболического коллимирующего отражателя равны (2,5×2,588) м;- the dimensions of the parabolic collimating reflector are (2.5 × 2.588) m;
- поверхность параболического коллимирующего отражателя соответствует уравнению:- the surface of the parabolic collimating reflector corresponds to the equation:
х2+у2=2Ro*z, гдеx 2 + y 2 = 2Ro * z, where
x, y, z - координаты точек поверхности отражателя;x, y, z - coordinates of points on the surface of the reflector;
Ro - радиус кривизны в осевой точке (вершина отражателя) равен 10 м;Ro — radius of curvature at the axial point (reflector tip) is 10 m;
- радиус кривизны и диаметр вспомогательных сферических зеркал ламп равны соответственно 0,11 и 0,12 м.- the radius of curvature and the diameter of the auxiliary spherical mirrors of the lamps are 0.11 and 0.12 m, respectively.
Суть технического решения показана на фиг.1, 2, 3 и 4. На фиг.1 показан общий вид неосевого имитатора солнечного излучения тепловакуумной камеры. На фиг.2 показан фрагмент зеркального смесителя, выполненного в виде равномерно расположенных в плоскости соприкасающихся своими гранями выпуклых зеркальных линз с квадратными профилями. На фиг.3 показана лампа с эллипсоидным рефлектором и вспомогательным сферическим зеркалом. На фиг.4 показаны геометрические построения, поясняющие методику расчета радиуса плосковогнутой линзы для получения после нее строго параллельного потока.The essence of the technical solution is shown in figures 1, 2, 3 and 4. Figure 1 shows a General view of a non-axis simulator of solar radiation from a thermal vacuum chamber. Figure 2 shows a fragment of a mirror mixer, made in the form of convex mirror lenses with square profiles evenly distributed in the plane of contact with their faces. Figure 3 shows a lamp with an ellipsoid reflector and an auxiliary spherical mirror. Figure 4 shows geometric constructions explaining the methodology for calculating the radius of a flat-concave lens to obtain a strictly parallel stream after it.
Неосевой имитатор солнечного излучения тепловакуумной камеры содержит входной иллюминатор 1, параболический коллимирующий отражатель 3, источники солнечного излучения 5 и зеркальный смеситель 7. Входной иллюминатор 1 выполнен в виде двояковогнутой линзы и герметично встроен в корпус 2 тепловакуумной камеры. Параболический коллимирующий отражатель 3 служит для отражения имитируемого солнечного излучения на объект испытаний 4, расположенный в тепловакуумной камере. Источники солнечного излучения 5 - это лампы с эллипсоидными рефлекторами и вспомогательными сферическими зеркалами, расположенные вне тепловакуумной камеры. Эллипсоидный рефлектор направляет часть излучения лампы, поступившую на его поверхность, на двояковогнутую линзу 1. Вспомогательное сферическое зеркало 6 возвращает оставшуюся часть излучения лампы, не попавшую на поверхность рефлектора, отражая ее снова на рефлектор, и далее на двояковогнутую линзу 1. Зеркальный смеситель 7 расположен по ходу светового потока между параболическим коллимирующим отражателем 3 и двояковогнутой линзой 1 и выполнен в виде равномерно расположенных в плоскости соприкасающихся своими гранями выпуклых зеркальных линз 8 с квадратными профилями. Каждая из выпуклых зеркальных линз 8 отражает поступившую на нее после двояковогнутой линзы 1 часть параллельного светового потока в виде расходящегося пучка лучей на параболический коллимирующий отражатель 3, занимая всю его поверхность.An off-axis simulator of solar radiation from a vacuum chamber contains an input porthole 1, a parabolic collimating reflector 3,
Источники излучения 5 с охлаждающими их устройствами расположены в металлических конструкциях - световых щитах, которые установлены вне тепловакуумной камеры 2 перед иллюминатором. Параболический коллимирующий отражатель 3 и зеркальный смеситель 7 также закреплены в соответствующих металлических конструкциях и установлены внутри тепловакуумной камеры 2. Все оптические элементы - входной иллюминатор 1, параболический коллимирующий отражатель 3, источники солнечного излучения 5 и зеркальный смеситель 7 имеют возможность юстировки, что обеспечивает их точное позиционирование согласно светооптической схеме.Sources of
Для обеспечения повышения КПД и равномерности облучения поверхности испытуемого объекта 4 за счет оптимальной работы системы в целом в предложенном устройстве двояковогнутая линза 1, выпуклые зеркальные линзы 8 с квадратными профилями и параболический коллимирующий отражатель 3 и вспомогательные сферические зеркала 6 выполнены с оптимальными параметрами, рекомендуемыми при испытании крупногабаритных изделий, например космических аппаратов:To ensure increased efficiency and uniformity of the irradiation of the surface of the test object 4 due to the optimal operation of the system as a whole in the proposed device, a biconcave lens 1,
- наружный и внутренний радиусы кривизны двояковогнутой линзы 1 равны соответственно минус 1,050 и плюс 1,050 м;- the outer and inner radii of curvature of the biconcave lens 1 are respectively minus 1,050 and plus 1,050 m;
- диаметр двояковогнутой линзы 1 равен 0,6 м;- the diameter of the biconcave lens 1 is 0.6 m;
- половина угла сходимости потока, поступающего на двояковогнутую линзу 1 (угол падения «крайнего луча» потока), равна 14 градусам;- half the angle of convergence of the stream entering the biconcave lens 1 (angle of incidence of the "extreme beam" of the stream) is equal to 14 degrees;
- габариты выпуклых зеркальных линз 8 с квадратными профилями равны (0,04×0,04) м и с радиусами их кривизны, равными 0,16 м.- the dimensions of the
- габариты параболического коллимирующего отражателя 3 равны (2,5×2,588) м;- the dimensions of the parabolic collimating reflector 3 are (2.5 × 2.588) m;
- поверхность параболического коллимирующего отражателя 3 соответствует уравнению:- the surface of the parabolic collimating reflector 3 corresponds to the equation:
х2+у2=2Ro*z,x 2 + y 2 = 2Ro * z,
где x, у, z - координаты точек поверхности отражателя;where x, y, z are the coordinates of the points on the surface of the reflector;
Ro - радиус кривизны в осевой точке равен 10 м;Ro - the radius of curvature at the axial point is 10 m;
- радиус кривизны и диаметр вспомогательных сферических зеркал 6 ламп равны соответственно 0,11 и 0,12 м.- the radius of curvature and the diameter of the auxiliary spherical mirrors of 6 lamps are 0.11 and 0.12 m, respectively.
Предложенное устройство работает следующим образом. Объект испытаний 4 установлен в ТВК неподвижно для проведения стационарного теплового режима или вращается с помощью поворотного устройства (не показано) относительно направления имитируемого потока солнечной радиации, соответственно отрабатываемому варианту движения КА 4 на его орбите для проведения нестационарного теплового режима. При этом лампы включены, и световой поток заданной суммарной мощности от них фокусируется на двояковогнутую линзу 1, проходит через нее и параллельным световым потоком поступает на зеркальный смеситель 7, расположенный на расстоянии 4,5 м по оптической оси от двояковогнутой линзы 1.The proposed device operates as follows. Test object 4 is installed in the TCE motionless for conducting a stationary thermal regime or rotates using a rotary device (not shown) relative to the direction of the simulated solar radiation flux, respectively, for the developed variant of the motion of spacecraft 4 in its orbit for conducting an unsteady thermal regime. At the same time, the lamps are turned on, and the luminous flux of a given total power from them is focused on the biconcave lens 1, passes through it and enters the
В предложенном устройстве по пути светового потока между параболическим коллимирующим отражателем 3 и двояковогнутой линзой 1 установлен зеркальный смеситель 7, выполненный в виде равномерно расположенных в плоскости соприкасающихся своими гранями выпуклых зеркальных линз 8 с квадратными профилями, для отражения падающего на каждую из них имитируемого солнечного излучения на параболический коллимирующий отражатель 3 в виде расходящегося пучка лучей с площадью падающего на параболический коллимирующий отражатель 3 пятна, равной или близкой к площади параболического коллимирующего отражателя 3. При указанном отражении световых потоков от каждой выпуклой зеркальной линзы 8 и отражении их с увеличением размеров светового потока до площади, равной площади поверхности параболического коллимирующего отражателя 3, обеспечивается повышение равномерности облучения поверхности испытуемого объекта 4.In the proposed device, along the path of the light flux between the parabolic collimating reflector 3 and the biconcave lens 1, a
Зеркальный смеситель состоит из 400 одинаковых зеркальных линз 8 (элементов смесителя) квадратного профиля размерами 0,04×0,04 м, толщиной 0,01 м и радиусами кривизны 0,16 м. Учитывая небольшую расходимость потока ввиду реально «неточечного» источника, габариты зеркального смесителя приняты 0,8×0,8 м. Радиусы кривизны зеркальных линз 8 рассчитаны так, что параллельный поток, поступивший на поверхность одной зеркальной линзы 8, отражается от нее с углом расходимости 26 градусов, занимая всю поверхность коллимирующего параболического зеркала 3. Таким образом, зеркальный смеситель выполняет функцию двух элементов: разворот потока с его последующим увеличением на коллимирующее зеркало 3 и его 400-кратное перемешивание. Поскольку для выполнения этих функций необходимо как минимум два оптических элемента, соответственно и потери КПД на этих элементах составили бы примерно 16% на зеркале и 8% на смесителе. В данном случае исключаются потенциальные потери на двух поверхностях элементов смесителя. Это дает общее повышение КПД имитатора солнечного излучения примерно на 8%.The mirror mixer consists of 400 identical mirror lenses 8 (mixer elements) of a square profile with dimensions of 0.04 × 0.04 m, thickness 0.01 m and curvature radii 0.16 m. Given the small divergence of the flow due to a really “non-point” source, dimensions 0.8 × 0.8 m are taken for the mirror mixer. The radii of curvature of the
Каждая из 400 зеркальных линз 8 отражает световой поток на параболический коллимирующий отражатель 3 и увеличивает его до размеров, близких размерам (2,5×2,588) м параболического коллимирующего отражателя 3. При таком отражении пучок лучей от каждой зеркальной линзы 400 раз перемешивается с пучками лучей других линз, что обеспечивает высокую степень равномерности падающего потока на параболический коллимирующий отражатель 3 и далее на поверхности испытуемого объекта (КА) 4 при одновременной высокой степени параллельности светового потока.Each of the 400
Сферические зеркала 6 расположены на расстоянии 0,05 м по оптической оси от первых фокусов эллипсоидных рефлекторов, в которых находятся дуги вертикально установленных ламп, практически сразу за кварцевыми колбами ламп. Диаметры сферических зеркал равны 0,12 м, радиусы кривизны - 0,11 м. Без применения вспомогательных сферических зеркал КПД связки «рефлектор - лампа» составил бы около 60%, примерно настолько эллипсоидный рефлектор охватывает равномерно исходящие во все стороны от лампы лучи. Ввод в связку «рефлектор - лампа» вспомогательного сферического зеркала позволяет возвратить ту часть излучения лампы, которая не попала на поверхность эллипсоидного рефлектора, снова на этот рефлектор и далее на двояковогнутую линзу 1.Spherical mirrors 6 are located at a distance of 0.05 m along the optical axis from the first foci of ellipsoid reflectors, in which there are arcs of vertically mounted lamps, almost immediately behind the quartz bulbs of the lamps. The diameters of the spherical mirrors are 0.12 m, the radii of curvature are 0.11 m. Without the use of auxiliary spherical mirrors, the efficiency of the “reflector-lamp” bundle would be about 60%, approximately so an ellipsoid reflector covers the rays evenly emanating in all directions from the lamp. Putting an auxiliary spherical mirror into the “reflector-lamp” bundle allows you to return that part of the lamp radiation that did not fall on the surface of the ellipsoid reflector, again to this reflector and then to the biconcave lens 1.
Таким образом, КПД связок «рефлектор-лампа» повышается примерно на 30% за счет сбора не охваченных рефлектором лучей и возврата их на него.Thus, the efficiency of the “reflector-lamp” bundles is increased by about 30% due to the collection of rays not covered by the reflector and their return to it.
Дополнительно КПД устройства повышен за счет того, что иллюминатор выполнен в виде двояковогнутой линзы 1. Указанный положительный эффект получен за счет того, что уменьшены потери мощности светового потока за счет уменьшения числа поверхностей светопроводящих элементов, снижающих его мощность.In addition, the efficiency of the device is increased due to the fact that the porthole is made in the form of a biconcave lens 1. The indicated positive effect is obtained due to the fact that the power loss of the light flux is reduced by reducing the number of surfaces of the light guide elements that reduce its power.
Расчет указанных параметров двояковогнутой линзы 1, исходя из требований по обеспечению площади пятна светового потока имитируемого солнечного излучения на объект испытаний 4, осуществлен по вновь разработанной ниже приведенной методике расчета.The calculation of the specified parameters of the biconcave lens 1, based on the requirements for providing the spot area of the light flux of simulated solar radiation to the test object 4, was carried out according to the newly developed calculation methodology below.
На фиг.4 изображены плосковогнутая линза, падающий и преломленный лучи. В соответствии с законом преломления отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная и является показателем преломления второй среды относительно первой (Г.Шредер, X.Трайбер. Техническая оптика. М.: Техносфера, 2006). В случае преломления «воздух - стекло» показатель преломления равен 1,5. В случае неровной поверхности угол падения - угол между падающим лучом и перпендикуляром к касательной в точке падения, а угол преломления - угол между перпендикуляром к касательной и преломленным лучом соответственно.Figure 4 shows a flat-concave lens, incident and refracted rays. In accordance with the law of refraction, the ratio of the sine of the angle of incidence to the sine of the angle of refraction is constant and is the refractive index of the second medium relative to the first (G. Schroeder, H. Traiber. Technical Optics. M .: Technosphere, 2006). In the case of an air-glass refraction, the refractive index is 1.5. In the case of an uneven surface, the angle of incidence is the angle between the incident beam and the perpendicular to the tangent at the point of incidence, and the angle of refraction is the angle between the perpendicular to the tangent and the refracted beam, respectively.
Таким образом, применительно к плосковогнутой линзе для получения за ней параллельного потока (фиг.4) имеем:Thus, in relation to a flat-concave lens to obtain a parallel flow behind it (figure 4) we have:
где А - угол падения «крайнего» луча светового потока;where A is the angle of incidence of the "extreme" beam of the light flux;
В - угол между перпендикуляром к касательной и преломленным «крайним» лучом.B is the angle between the perpendicular to the tangent and the refracted “extreme” ray.
Для определения радиуса R плосковогнутой линзы найдем сначала угол В (угол преломления).To determine the radius R of the plane-concave lens, we first find the angle B (angle of refraction).
Разложив синус суммы и проведя соответствующие преобразования, получим:Having expanded the sine of the sum and carried out the corresponding transformations, we obtain:
Отсюда:From here:
Из соотношений в прямоугольном треугольнике (фиг.5), имеем также:From the relations in a right triangle (Fig. 5), we also have:
где d - диаметр линзы.where d is the diameter of the lens.
Применяя соотношениеApplying ratio
между обратными тригонометрическими функциями (Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986), получим:between inverse trigonometric functions (Bronstein I.N., Semendyaev K.A. Math reference book for engineers and students of technical colleges. M: Nauka, 1986), we obtain:
Преобразуя знаменатель дроби:,Converting the denominator of the fraction :,
получим:we get:
Для нахождения радиуса R приравняем аргументы двух арксинусов, рассчитанных для нахождения В в соответствии с формулами (3) и (4) ранее:To find the radius R, we equate the arguments of two arcsines calculated for finding B in accordance with formulas (3) and (4) earlier:
Следовательно:Hence:
Отсюда:From here:
В случае, если необходимо рассчитать двояковогнутую линзу с такой же оптической силой, нужно, сохранив фокусное расстояние f и задав R1, применить формулу:If it is necessary to calculate a biconcave lens with the same optical power, it is necessary, keeping the focal length f and setting R 1 , apply the formula:
Здесь:Here:
f - фокусное расстояние линзы;f is the focal length of the lens;
n21 - показатель преломления второй оптической среды относительно первой;n 21 is the refractive index of the second optical medium relative to the first;
R1, R2 - соответственно радиусы поверхностей линзы.R 1 , R 2 - respectively, the radii of the surfaces of the lens.
При выводе необходимых математических формул использовалась информация их официальных источников (Г.Шредер, X.Трайбер. Техническая оптика. М.: Техносфера, 2006 и Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1986).When deriving the necessary mathematical formulas, the information of their official sources was used (G. Schroeder, X. Traiber. Technical optics. M: Tekhnosfera, 2006 and Bronshtein I.N., Semendyaev K.A. Math reference book for engineers and students of technical colleges. M .: Science, 1986).
Предложенное устройство в настоящее время проходит этап конструкторской разработки для внедрения во вновь строящуюся ТВК предприятия.The proposed device is currently undergoing a stage of design development for implementation in the newly built TCEs of the enterprise.
Среди различных источников, известных авторам, не обнаружены отличительные признаки устройств, аналогичных заявленному.Among the various sources known to the authors, no distinguishing features of devices similar to those claimed were found.
Claims (2)
- наружный и внутренний радиусы кривизны двояковогнутой линзы равны соответственно минус 1,050 и плюс 1,050 м;
- диаметр двояковогнутой линзы равен 0,6 м;
- половина угла сходимости потока, поступающего на двояковогнутую линзу (угол падения «крайнего луча» потока), равна 14°;
- габариты выпуклых зеркальных линз с квадратными профилями равны 0,04×0,04 м, и радиусы их кривизны равны 0,16 м;
- габариты параболического коллимирующего отражателя равны 2,5×2,588 м;
- поверхность параболического коллимирующего отражателя выполнена в соответствии с формулой:
x2+y2=2Ro·z,
где x, y, z - координаты точек поверхности отражателя;
Ro - радиус кривизны в осевой точке (вершина отражателя) равен 10 м;
- радиус кривизны и диаметр вспомогательных сферических зеркал ламп равны соответственно 0,11 и 0,12 м. 2. The device according to claim 1, characterized in that when applying it to simulate solar radiation on a large-sized test object, for example a spacecraft, its optical elements are made with the following parameters:
- the outer and inner radii of curvature of the biconcave lens are respectively minus 1,050 and plus 1,050 m;
- the diameter of the biconcave lens is 0.6 m;
- half the angle of convergence of the stream entering the biconcave lens (angle of incidence of the "extreme beam" of the stream) is equal to 14 °;
- the dimensions of convex mirror lenses with square profiles are 0.04 × 0.04 m, and the radii of their curvature are 0.16 m;
- the dimensions of the parabolic collimating reflector are 2.5 × 2.588 m;
- the surface of the parabolic collimating reflector is made in accordance with the formula:
x 2 + y 2 = 2R o · z,
where x, y, z are the coordinates of the points on the surface of the reflector;
R o - the radius of curvature at the axial point (the top of the reflector) is 10 m;
- the radius of curvature and the diameter of the auxiliary spherical mirrors of the lamps are 0.11 and 0.12 m, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011112413/28A RU2468342C1 (en) | 2011-03-31 | 2011-03-31 | Off-axis solar simulator of thermal vacuum chamber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011112413/28A RU2468342C1 (en) | 2011-03-31 | 2011-03-31 | Off-axis solar simulator of thermal vacuum chamber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011112413A RU2011112413A (en) | 2012-10-10 |
| RU2468342C1 true RU2468342C1 (en) | 2012-11-27 |
Family
ID=47079108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011112413/28A RU2468342C1 (en) | 2011-03-31 | 2011-03-31 | Off-axis solar simulator of thermal vacuum chamber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2468342C1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110329554A (en) * | 2019-08-13 | 2019-10-15 | 江西省国防科工办六二0单位 | Simulation environment under low pressure expansion falling sphere sheds the test method and device of separation |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701023A (en) * | 1984-10-11 | 1987-10-20 | Carl-Zeiss-Stiftung | Optical arrangement for transmitting high-intensity radiation |
| RU2042080C1 (en) * | 1992-12-17 | 1995-08-20 | Геннадий Семенович Черемухин | Sun simulator |
| US5568366A (en) * | 1994-10-11 | 1996-10-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Compact solar simulator with a small subtense angle and controlled magnification optics |
| RU2208564C1 (en) * | 2001-11-15 | 2003-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | Method of thermal vacuum tests and device for realization of this method |
| JP2010186890A (en) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Nisshinbo Holdings Inc | Parallel light solar simulator |
-
2011
- 2011-03-31 RU RU2011112413/28A patent/RU2468342C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701023A (en) * | 1984-10-11 | 1987-10-20 | Carl-Zeiss-Stiftung | Optical arrangement for transmitting high-intensity radiation |
| RU2042080C1 (en) * | 1992-12-17 | 1995-08-20 | Геннадий Семенович Черемухин | Sun simulator |
| US5568366A (en) * | 1994-10-11 | 1996-10-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Compact solar simulator with a small subtense angle and controlled magnification optics |
| RU2208564C1 (en) * | 2001-11-15 | 2003-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | Method of thermal vacuum tests and device for realization of this method |
| JP2010186890A (en) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Nisshinbo Holdings Inc | Parallel light solar simulator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011112413A (en) | 2012-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Winston et al. | Nonimaging optics | |
| EP0596004B1 (en) | Non-imaging optical illumination system | |
| US8238050B2 (en) | Reflectors made of linear grooves | |
| CN102636265A (en) | Optical system based on portable efficient-measurement ultraviolet absorption spectrum | |
| CN113484266B (en) | Optical path multiplication device and optical path multiplication gas absorption cell | |
| Yeh et al. | Design and analysis of solar-tracking 2D Fresnel lens-based two staged, spectrum-splitting solar concentrators | |
| Waghmare et al. | Optical evaluation of compound parabolic collector with low acceptance angle | |
| CN102943995A (en) | Solar simulator optical device with variable radiation surface sizes and variable collimation angles | |
| US5568366A (en) | Compact solar simulator with a small subtense angle and controlled magnification optics | |
| RU2468342C1 (en) | Off-axis solar simulator of thermal vacuum chamber | |
| US3200253A (en) | System for obtaining parallel radiant energy rays of uniform illumination and uniform energy distribution | |
| US3325238A (en) | Solar simulator | |
| US5237170A (en) | Method and apparatus for non-imaging concentration and projection of electromagnetic radiation | |
| Garcia-Botella et al. | Ideal 3D asymmetric concentrator | |
| CN110836864B (en) | An optical measuring device for measuring gas parameters in combustion field | |
| RU2476833C2 (en) | Method of simulating solar radiation in thermal pressure chamber | |
| RU2372606C1 (en) | Miniature multipass mirror optical cell | |
| Bayneva | The study of reflective optical system characteristics. | |
| US3296432A (en) | Radiation beam forming apparatus | |
| CN113504178A (en) | Optical optimization collimation design system | |
| Romanova et al. | Designing a side-emitting lens using the composing method | |
| Romanova et al. | Composing method and aberration theory in collimating systems design | |
| EP2304739B1 (en) | High intensity x-ray beam system | |
| US3266369A (en) | Compound three-element lens assembly | |
| Buljan et al. | Quasi-aplanatic free-form V-groove collimators for LED colour mixing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210401 |