超音速光学导引头整流罩的形状优化(1)
第１８卷第２期
２０１０年２月
光学精密工程
ＣｌｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．１８Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．２０１０
文章编号１００４—９２４Ｘ（２０１０）０２—０３８４—０６
超音速光学导引头整流罩的形状优化
魏
群１’２，艾兴乔１’２，姜湖海１’２，宣
明１，贾宏光１
（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；
２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）
摘要：为了改善导引头整流罩形状对导引头内光学系统成像质量的影响，减小导弹总体飞行阻力，以优化整流罩形状为目的，对整流罩外曲线与内曲线进行了分析和优化。首先进行了计算流体力学（ＣＦＤ）数值仿真与风动试验对比，得到准确的仿真参数；在此基础上，通过ＣＦＤ数值仿真得到整流罩外曲线长径比与整流罩阻力系数的归一化关系函数，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归一化关系函数，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Ｒ为３７．５，Ｃ为一Ｏ．７５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为３３．３１。Ｃ为一０．７８的椭圆。对整流罩内、外曲线方程的分析表明，这种优化的整流罩既有良好的空气动力学性能，也有良好的光学性
能。
关键词：整流罩；优化设计；ＣＦＤ；光线追迹
中圈分类号：Ｖ４４８．１
文献标识码：Ａ
Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｄｅｓｉｏｆｄｏｍｅｆｉｇｕｒｅｆｏｒｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃｓｅｅｋｅｒｓ
Ｈｕ—ｈａｉｌ”，ＸＵＡＮＭｉｎ９１，ＪＩＡＨｏｎｇ—ｇｕａｎ９１
ＷＥＩＱｕｎｌ“，ＡＩＸｉｎｇ—ｑｉａ０１～，ＪＩＡＮＧ
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ
ｓｙｓｔｅｍｆｏｒ
ａ
ｔｈｅａｉｍ
ｔｏｔｏ
ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｆｉｇｕｒｅｏｆ
ａ
ｄｏｍｅ
ｏｎ
ｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｏｆｏｐｔｉｃａｌ
ｍｉｓｓｉｌｅａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｆｌｙｉｎｇｄｒａｇｓｏｆｔｈｅｍｉｓｓｉｌｅ，ｔｈｅｆｉｇｕｒｅｏｆｔｈｅｄｏｍｅｗａｓｉｎｖｅｓｔｉ—
ｇａｔｅｄａｎｄｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅａｎｄｉｎｓｉｄｅｆｉｇｕｒｅｓｏｆｔｈｅｄｏｍｅｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅＣａｌｃｕｌａｔｅｄＦｌｕｉｄＤｙ—
ｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄ
ａ
ｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ
ｔｏ
ｏｂｔａｉｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｓｉｍｕｌａ—
ｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｒｅｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｄｒａｇｏｆｄｏｍｅｗａｓｄｅｒｉｖｅｄｂｙｔｈｅＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅＯｐｔｉｃａｌＰａｔｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ＯＰＤ）ｗａｓｕｓｅｄ
ｔｏ
ｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅ
ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｏｕｔｓｉｄｅｆｉｇｕｒｅｃｏｕｌｄｂｅｏｂｔａｉｎｅｄａｆｔｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｗｅｉｇｈｔｓｏｆｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｎｄｉｍａｇｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｏｕｔｓｉｄｅｆｉｇｕｒｅｉｓ
ａｎ
ｅｌｌｉｐｔｉｃｗｉｔｈＲ一３７．５ａｎｄＣ一一０．７５．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｆｉｇｕｒｅａｎｄｂｙｔａｋｉｎｇｔｈｅ
ａｓ
ａｎ
ｍｉｎｉｍｕｍｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｄｏｍｅｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｒａｙｔｒａｃｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄＴｈｅｉｎｓｉｄｅｆｉｇｕｒｅｉＳ
ａ
ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｇｏａｌ，ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｆｕｎｃｔｉｏｎｗａｓ
ｅｓ—
ａｎ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｉｎｓｉｄｅｆｉｇｕｒｅｏｆｔｈｅｄｏｍｅｗａｓａｌｓｏｏｂｔａｉｎｅｄ．
ｃｏｎｉｃｗｉｔｈＲ一３３．３１ａｎｄＣ一一０．７８．Ａｎａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｏｍｅｈａｓ
收稿日期：２００９－０９－１８；修订日期：２００９—１１—１０．基金项目：中国科学院“三期”创新工程资助项目
第２期
魏群，等：超音速光学导引头整流罩的形状优化
３８５
ｅｘｃｅｌｌｅｎｔａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｇｏｏｄｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｍｅ；ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｅｓｉｇｎ；ＣａｌｃｕｌａｔｅｄＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）；ｒａｙｔｒａｃｋｉｎｇ
引言导引头作为导弹搜索、锁定与跟踪目标的分系统，位于导弹的最前端，而整流罩位于导引头的最前端，因此整流罩成为导弹最前端的组件。整流罩的作用主要有以下三点：第一，作为光学成像系统的第一片镜片，完成成像任务；第二，整流罩与导引头光学舱壁密封连接，有效地保护了导引头光学舱内部器件；最后，整流罩设计在满足成像探测与跟踪指标的前提下，尽量缩小整流罩半径，进而减小导弹飞行阻力。
在实际工程设计中，为了使光学镜头在整个搜索视场范围内成像清晰，光学成像导引头的整流罩一般设计成球型，在安装过程中，将摄像机稳定平台的俯仰偏航两轴焦点与整流罩的球心重合，以保证稳定平台在转动过程中整流罩产生的像差是相同的。然而，球型整流罩并不是最理想的空气动力学外形，球型整流罩产生的阻力比较大［１］。为了解决这个问题，美国率先开展了“共型光学”的研究［２－１１］。同时，也从理论上计算了光线通过非球型整流罩产生的像差［１２｜。但是，该项研究并没有计算导弹在超音速飞行过程中因激波产生的像差。
本文通过计算流体力学（ＣＦＤ）仿真与风洞试验对比，获得最优的ＣＦＤ数值仿真控制参数，在此基础上模拟出整流罩外曲线线形与导引头阻力系数的关系，并得到该关系的归一化曲线方程；以光程差为评价标准，得到整流罩外曲线线形与成像质量之间关系的归一化曲线方程。以上述两个方程为基础建立优化函数，在确定整流罩光学性能与空气动力学性能的权重后，最终得到整流罩外曲线方程，并在此基础上，以光线经过整流罩后光线偏折最小为优化目标，通过光线追迹的方法，得到内曲线方程［１引。
２
ＣＦＤ仿真与风动试验对比
ＣＦＤ仿真是一种经济快捷的获得气动数据
的方法，但其准确性欠佳；风洞试验能够得到准确
的空气动力学数据，但其价格昂贵且周期漫长。
因此，本文通过对相同的模型，在相同的试验条件下的风洞试验数据与ＣＦＤ仿真结果对比，确定仿真参数。在得到准确的仿真控制参数的基础上，通过大量的ＣＦＤ仿真，得到了整流罩外曲线与阻力系数关系曲线。
对比试验模型几何图如图１所示，对其外部流域划分结构化网格，网格如图２所示。ＣＦＤ仿真运用计算流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ，采用基于密度的求解器，运用ｋ一￡湍流模型，仿真状态为速
度３Ｍａ，攻角为０。。
图１对比试验模型结构
Ｆｉｇ．１
Ｍｏｄｅｌ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｏｆｃｏｍｐａｒｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
图２
ＣＦＤ数值仿真网格
Ｆｉｇ．２
ＧｒｉｄｏｆＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
风洞试验采用与ＣＦＤ仿真相同的模型，材料为３０ＣｒＭｎＳｉＡ，如图３所示，风洞试验装置如
图３风洞模型
Ｆｉｇ．３
Ｗｉｎｄ
ｔｕｎｎｅｌ
ｍｏｄｅｌ
３８６
光学精密工程
第１８卷
图４所示，静压云图结果对比如图５所示，经计算ＣＦＤ仿真与风洞试验数据得阻力值之差＜５％。通过云图和数值对比可知，此种仿真方法所得数据精度满足工程试验要求。
图４风洞试验试验装置
Ｆｉｇ．４
Ｓｅｔｕｐｆｏｒｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌ
图５外流场静压云图ＣＦＤ与风洞试验对比
Ｆｉｇ．５
Ｓｔａｔｉｃ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
３
整流罩外曲线设计
在众多的二次曲线中，椭圆是最容易校正误
差的，因此整流罩外曲线选择椭圆，椭圆率表示
为：
￡一詈，
（１）
其中ａ为椭圆长轴，ｂ为椭圆短轴。本文计算ｅ值从１到３，间隔为０．２共１１个点，仿真模型如图６所示。通过上述经过风洞试验验证的ＣＦＤ方法，分别计算在３Ｍａ速度飞行下这１１个模型，得到其阻力系数。设￡一１时的阻力系数为１，得到阻力系数归一化函数为：
ＹＤ一０．１０４３６ｅ２—０．７０５０３ｅ＋１．５９３
１，（２）
函数曲线图如图７所示。
图６仿真模型
Ｆｉｇ．６
ＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ
写
兰
＞
紫
。
图７阻力系数与椭圆率关系函数曲线
Ｆｉｇ．７
Ｒｅｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｄｒａｇａｎｄｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙ
通过ＣＦＤ仿真，不但能够得到阻力系数，还可以得到整流罩外流场密度云图，通过ＧＦＤ定律，可以得到整流罩外流场折射率云图。光程差
的计算方法为：
Ⅳ
ＯＰＤ（ｘ，ｙ）一Ｉ
Ａｎ（ｘ，Ｙ，ｚ）ｄｚ，
（３）
Ｊ０
其中，ｚ为光路长度。本文将整流罩外流场划分
成有限元网格，因此需将方程（３）离散化，结果为：
ｉ
ＯＰＤ一∑（ｚ计ｌ—ｚ。）Ａｎ。，
（４）
第２期
魏群，等：超音速光学导引头整流罩的形状优化
３８７
经计算得其归一化函数为：
Ｙｏ一－－０．３２１３１ｅ３＋１．８９３１Ｅ２－－３．０１２２￡＋１．６５７
９，
生的激波，然后通过附面层，经整流罩折射后，进入光学系统，如图９所示。
（５）
函数曲线如图８所示。
●Ｏ●，Ｏ９Ｏ８Ｏ
７
Ｏ６Ｏ
５
Ｏ４０
３
０
Ｏ
２●
图８光学性能系数与椭圆率关系函数曲线
Ｆｉｇ．８
Ｒｅｌａｔｉｏｎ
ａｎｃｅ
图９光线传播示意图
Ｆｉｇ．９
Ｒａｙｔｒａｎｓｍｉｔｆｉｇｕｒｅ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍ
ａｎｄｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙ
通过上述方法得到了空气动力学与光学评价函数，建立优化函数为：
，（ｅ）＝Ａ・ＹＩ）一Ｂ・Ｙｏ，
（６）
由图得知，光线通过整流罩后偏转角度为：
ｅＯ＝Ｏ。一（矾＋９）一（０３＋０２）一（伊ｌ＋Ｏｚ７），（７）
其中，Ａ，Ｂ为空气动力学性能和光学性能权重，根据具体工作环境，本文中Ａ＝Ｂ一１。求解优化函数，可得￡一１．９６５３≈２，至此得到外曲线形状。
设外曲线方程为：
ｆ（ｘ，ｙ）一（詈）‘＋（詈）２一，一ｏ，
内曲线方程为：
（８）
４整流罩内曲线设计
来自目标的光线首先通过因超音速飞行产
则：
ｇｃｚ，ｙ，一（孑）２＋（芳）２一・＝ｏ，
ｃ９，
ｃｏｓ岛７一一尺・三妒一ｉ泛：＿二＝：专ｉ；ｉ≥兰耋等笔寺亡荔～，ｎ厶
啷易一一Ｒ．三；５ｌ】＝
（№。～ＨｃＹｏ－－ｙ１）２）｛［（鬈）。］２＋［（芳）㈣∥
ｆ｛（ｚ。一ｚ１）２＋（ｊ，。一ｙ１）２）｛ｌ（兰）Ｉ＋ｌ（警）ｌ｝】‘
，２３ｓｉｎ０３＝咒２ｓｉｎ０２
（１２）
！三：二型塑兰二翌（芳）。
（１０）
根据折射定律得到‘１４］：
理２ｓｉｎ０２一靠ｌｓｉｎ０１，
７，
（１３）
经过计算可得：
（ｚ。飞）暑＋（ｙ。可）ｏｃｏｓ晚７一—————－————＿生————————兰———１
．，
６‘Ｙ－－Ｌ
（１４）
［｛（暑）２十（劳）２｛（Ｘｏ－－Ｘ，）２＋ｃＹｏ－－Ｙ１）ｚ）］ｉ
３８８
光学精密工程
第１８卷
ＣＯＳ
９一三Ｉ？’・ａ；Ｊ’一
（Ｘ≯ｏ）（暑）＋（擎）（劳）
（１５）
［（》）２＋（旁）２ｍ暑）２；（劳）２厂
０．７７７
其中，竹１＝竹３—１，咒２—１．７６８，ａ＝１５０，６—７５，口７—１４２．５，求解得ｂ７—６８．８９４，即Ｒ一３３．３０８，Ｃ一一
２５２。对比经过优化与不优化的整流罩传
递函数图１０所示。
图１０
Ｆｉｇ．１０
ＭＴＦ对比图
ＭＴＦｓ
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｆｉｇｕｒｅｏｆ
假设整流罩光学性能与空气动力学性能的权重相
５
结
论
同后，最终得到整流罩外曲线方程，并在此基础上，以光线经过整流罩后光线偏折最小为优化目标，通
本文通过ＣＦＤ数值仿真与风洞试验对比，获得了最优的ＣＦＤ数值仿真控制参数。通过大量的仿真分析，得到了整流罩外曲线线形与导引头阻力系数的关系方程，并得到其归一化曲线方程。以光程差为评价标准，得到整流罩外曲线线形与成像质量之间关系的归一化曲线方程。以上述两个方程为基础建立优化函数，根据具体应用环境，
过光线追迹的方法，得到内曲线方程。通过计算，整流罩外曲线为Ｒ＝３７．５，Ｃ一一Ｏ．７５的椭圆，内曲线为Ｒ一３３．３０８≈３３．３１，Ｃ一一０．７７７２５２≈一０．７８的椭圆。
在下一阶段的工作中，将通过风洞试验，验证设计结果的成像质量。
［２３
ｓＨＡＮＮｏＮＲＲ．ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆｃｏｎｆｏｒｍａｌＳＰＪＥ，１９９９，３７０５：１８０－１８８．
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１－９３
ＳＣＨＡＥＦＥＲ
Ｊ，ＥＩＣＨＨＯＬＴＺＲ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｃｈａｌ—
ｌｅｎｇｅｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｃｏｎｆｏｒｍａｌｏｐｔｉｅｓｌ，Ｃ］．Ｐｒｏｃ．
８ｔｈＤｏＤＡｐｒｉｌ，２０００：２５３．
１，１０］ＨＥＧＧＲＧ，ＣＨＥＮＣＢ．Ｔｅｓｔｉｎｇｃｏｎｆｏｒｍａｌｗｉｎ—
ｄｏｗｓｗｉｔｈｎｕｌｌｏｐｔｉｃｓｌ，ＣＪ．Ｐｒｏｃ。８ｔｈＤｏＤＡｐｒｉｌ。
２０００：２５４—２５９．
［１１］ＭＩＬＬＳＪＰ，ＫＮＡＰＰＤＪ，ＳＭＩＴＨＣＢ，ｅｔａ１．．Ｃｏｎｆｏｒｍａｌｏｐｔｉｃｓｐｒｏｏｆｏｆｃｏｎｃｅｐｔ［Ｃ］．Ｐｒｏｃ．８ｔｈ
作者简介：
魏群（１９８３一），男，黑龙江哈尔滨人，博士研究生，２００５年于浙江大学获得学士学位，主要从事气动光学方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｉ．ｑ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
艾兴桥（１９８２一），男，湖北荆门人，博士
研究生，２００６年于中南大学获得学士
学位，主要从事结构优化设计方面的研
究。Ｅ—ｍａｉｌ：ａｉｘｉｎｇｑｉａｏ＠ｃｉｏｍｐ．ａｃ．ｃｎ
姜湖海（１９８４一），男，山东烟台人，博士研究生，２００７年于中国地质大学获得学士学位，主要从事稳定平台控制系统设计方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｎｇｈｈ＠
ｃｔｏｍｐ．ａｃ．ｃｎ
ＤｏＤＡｐｒｉｌ，２０００：２６０—２６６．
１，１２］ＪＯＳＥＰＨ
Ｒ
Ｉ，ＴＨＯＭＡＳＭＥ．Ｒａｙｐａｔｈｄｅｖｉａｔｉｏｎ
ｉｎ
ａ
ｎｏｎ—ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌｄｏｍｅ［Ｊ］．ＳＰＩＥ，２００１，
４３７５：１６０－１７０．
１，１３］
张颖，赵慧洁，邢辉，等．透射式旋转对称光学系统中的偏振像差［Ｊ］．光学精密工程，２００９，１７（４）：
７５７－７６３．
ＺＨＡＮＧＹ，ＺＨＡｏＨ
Ｊ，ＸＩＮＧＨ，“４Ｚ．．Ｐｏｌａｒｉ—
ｚａｔｉｏｎａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙ
ｓｙｔｎ—
ｍｅｔｒｉｃｏｐｔｉｃａｌ
ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ｏｐｔ．Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
Ｅｎｇ．，
２００９，１７（４）：７５７—７６３．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）
［１４３王丽萍，张立超，金春水，等．采用多种群遗传算法
的全景成像系统非球面设计［Ｊ］．光学精密工程，
２００９，１７（５）：１０２０－１０２５．
ＷＡＮＧ
ＬＰ，ＺＨＡＮＧＬＣＨ，ＪＩＮＣＨＳＨ，ｅｔａｌ．．
Ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆａｓｐｈｅｒｉｃ
ｍｉｒｒｏｒ
ｆｏｒｐａｎｏｒａｍｉｃ
ｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉ——ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｇｅｎｅｔｉｃ
ａｌｇｏｒｉｔｍ
［Ｊ］．ｏｐｔ．Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
Ｅｎｇ．，２００９，１７（５）：１０２０—
１０２５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）
贾宏光（１９７１一），男，黑龙江五常人，研
究员，博士生导师，２０００年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，主要从事光机电系统微小型化与精确制导技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉ—
ａｈｇ＠＇ｃｉｏｍｐ．ａｃ．ｃｎ
导师简介：
宣明（１９５６一），男，吉林长春人，研究员，博士生导师，主要从事微光机电系统方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕａｎｍ＠ｃｉ—
ｏｍＰ．ａｃ．ｃｎ
超音速光学导引头整流罩的形状优化
作者：作者单位：
魏群， 艾兴乔， 姜湖海， 宣明， 贾宏光， WEI Qun， AI Xing-qiao， JIANG Hu-hai， XUAN Ming， JIA Hong-guang
魏群,艾兴乔,姜湖海,WEI Qun,AI Xing-qiao,JIANG Hu-hai(中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039)， 宣明,贾宏光,XUAN Ming,JIA Hong-guang(中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033)
光学精密工程
OPTICS AND PRECISION ENGINEERING2010，18(2)0次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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5.阮萍;胡永明;孙永善 超音速机载成像探测设备的窗口设计与分析[期刊论文]-光电子·激光 2001(07)6.SCHAEFER J;EICHHOLTZ R Fabrication challenges associated with conformal optics 2000
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10.王丽萍;张立超;金春水 采用多种群遗传算法的全景成像系统非球面设计[期刊论文]-光学精密工程 2009(05)11.张颖;赵慧洁;邢辉 透射式旋转对称光学系统中的偏振像差[期刊论文]-光学精密工程 2009(04)12.JOSEPH R I;THOMAS M E Ray path deviation in a non-hemispherical dome 200113.MILLS J P;KNAPP D J;SMITH C B Conformal optics proof of concept 200014.HEGG R G;CHEN C B Testing conformal windows with null optics 2000
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1.期刊论文 傅学军.雷勇军.Fu Xuejun.LeiYongjun 有效载荷整流罩降噪性能的数值分析和优化设计研究 -导弹与航天运载技术2005(6)
通过基于SAE的数值分析软件对大型运载火箭有效载荷整流罩的降噪性能进行了分析,结合已经获得的大量试验数据,确定了影响有效载荷整流罩降噪性能的关键参数,并对关键参数进行了优化设计,为有效载荷整流罩结构形式和材料的选择及降噪方案的确定奠定了理论基础和数值依据.
2.学位论文 田丽波 QD30C燃机发电机组进气蜗壳流场数值计算及优化 2006
进气蜗壳的结构和气动性能对燃气轮机的性能有重要的影响，一方面，它要求流经进气蜗壳的气流尽量均匀，压力损失要尽量小，以免造成燃机的有效输出功率减少和燃油消耗率增大，整个动力装置的效率降低；另一方面，要求进气蜗壳进气流场畸变应最小，蜗壳出口气流应均匀，使燃机更好地工作。本文即是针对这两方面的要求，进行燃气轮机进气蜗壳的设计及数值模拟计算，为设计制造高性能的燃气轮机进气蜗壳提供可靠的依据。
本文建立了蜗壳流场的控制方程，对多种结构尺寸的进气蜗壳流场进行了数值模拟计算。以流场特性为依据，改进不合理的气动结构，从而得到气动性能较好的进气蜗壳。
根据蜗壳的内、外整流罩设计起始点不同形成的蜗壳截面形状不同和蜗壳侧壁的形状不同，设计了4个系列共12种不同结构的方案。第1系列方案，内整流罩从X坐标最大点，外整流罩从(0，0)设计；第2系列方案，内整流罩从Y坐标最大点，外整流罩从(0，0)设计；第3系列方案，内整流罩从X坐标最大点，外整流罩从第2点设计；第4系列方案，内整流罩从Y坐标最大点，外整流罩从第2点设计。从12种计算结果中可以看到，第3系列曲线中的维氏曲线方案出口气流均匀，优于其它11种方案。为了便于工艺制造，当内、外蜗壳采用这种结构的时候蜗壳侧壁简化为直线结构，这种简化后的结构计算结果优于侧壁采用维氏曲线的结构。进一步讨论两个蜗壳相交部位应采用的结构，最后从计算结果来看，采用底部由圆弧连接，两圆弧之间采用r=80mm过渡圆弧的设计方案，该方案能兼顾到单机和双机工作的不同流动特点。
本文总结了基于Favre质量加权平均N-S方程、非结构化网格和k-ε湍流模型的进气蜗壳的三维CFD流动分析，根据流场分析结果进气蜗壳得到优化。依据流阻损失计算和流场性能数据分析，给出了优化后的进气蜗壳形性能参数。通过此次流场数值计算找到了一种气动性能较好的进气蜗壳，与其它设计类型进气蜗壳相比，它的流阻损失小，蜗壳出口速度流场更均匀。
3.期刊论文 李昕柏.吕长生.张忠林.姜大成.LI Xin-bai.LV Chang-sheng.ZHANG Zhong-lin.JIANG Da-cheng 直升
机整流罩锁紧机构的设计与运动仿真 -机械工程师2007(8)
通过对直升机舱门锁工作机理的研究,提出了直升机舱门锁紧机构的设计方案,利用Pro/E建模和装配,对直升机舱门锁紧机构进行了虚拟设计,并运用Pro/E的mechanism模块进行了运动仿真,通过分析仿真结果,对锁紧机构进行了优化设计,结果表明该舱门锁紧机构设计是可行的.
4.期刊论文 冯蕊.孙秦.FENG Rui.SUN Qin 飞机整流罩蒙皮局部屈曲优化设计研究 -科学技术与工程2010,10(13)
针对飞机整流罩结构首先进行初步设计.采用铝合金薄蒙皮的形式,应用MSC.Nastran分析模块进行静力和线性初始屈曲计算,给出整流罩结构的特征值和局部失稳模态.研究了尾翼主结构变形对整流罩蒙皮稳局部屈曲的影响作用.最终整流罩蒙皮采用蜂窝夹层结构,解决了整流罩局部失稳的问题;同时制定出蜂窝夹层厚度的优化设计方案.通过数值优化计算,给出了整流罩蒙皮稳定性约束条件下的优化设计结果.
5.学位论文 李泽勇 固冲发动机组合喷管流量调节及推力矢量技术研究 2007
本文以整体式固体火箭冲压发动机为研究对象，紧密结合当前导弹动力系统研制需求，致力于解决当前研制面临的冲压发动机高速巡航性能偏低和导弹机动性不足的突出问题，自主创新提出了新概念组合喷管设计方案及其流量分配调节和推力矢量两项新技术。在导弹飞行全速度范围内，既可实现冲压喷管流量调节，大幅提高冲压发动机高速巡航性能，又可构造出矢量推力，用以实现导弹飞行的直接力控制。本文研究工作不仅具有重大的工程实用价值，而且明确从组合喷管流量分配调节技术取得突破，打破了以往采用固定几何结构单喷管不调节的技术传统，丰富了冲压发动机设计理论，又具有重要的科学理论意义。
围绕组合喷管及其流量分配调节和推力矢量技术，本文开展了系统性研究。首先针对当前整体式固体火箭冲压发动机研制及其技术发展状况进行了周到细致的技术分析和总结，指出了喷管不调节造成冲压发动机高速巡航性能大幅损失的严重问题，厘清了其物理流动机制，并追根溯源从设计思想和技术路线上找不足。从而确立了本文研究的技术路线，即以提高冲压发动机的高速巡航性能为重心，采用“高速巡航+敏捷性”组合战术战法，选用简单“十”字形轴对称气动布局，降低飞行控制设计难度。并挖掘进气道整流罩的结构功用，充分利用其内部安装空间，开展了组合喷管与导弹气动外形的保形结构设计。
基于冲压发动机工作原理，本文从气体动力学理论出发，引入恰当工程经验和近似处理，以满足初步方案快速工程设计和计算评估为目的，确立了组合喷管及其流量分配调节和推力矢量的理论设计计算方法和分析模型，并运用其开展了组合喷管实例设计和计算分析。不仅定量论证了常规固定几何结构喷管制约冲压发动机性能的机理，而且针对该问题设计出具体的组合喷管方案，细致阐述了其设计过程，定量分析和评估了组合喷管及其流量分配调节的性能优势，还探讨了易于工程实现的冲压喷管调节技术对策和推力矢量构造方式。
本文最后还引用先进的CFD数值模拟技术，完成了组合喷管方案的数值验证，揭示了组合喷管流动内蕴的流量分配调节物理机制，证明了本文设计思想和技术路线的正确性，并且修正和弥补了设计理论和计算模型的不足。基于数值模拟，还刻画了组合喷管内部流动的细节特征，揭示出组合喷管与补燃室构成分歧管道导致流动损失的现象，为进一步开展组合喷管方案优化设计提供了指导。 特别地，从数值模拟结果中，本文获得了一个非常有实用意义的重要结论：
仅需选用最简单的两段调节策略，即在设计点速度以下，辅助喷管全部打开，而高于设计点速度时，辅助喷管全部关闭，采用组合喷管方案就可使整体式固体火箭冲压发动机推力性能大幅提高。对比原有固定几何结构单喷管不调节的方案，本文设计方案在接力点2Ma处，发动机推力同比提高
18.51％。在设计点2.8Ma处，同比提高26.57％。3.5Ma高速巡航时，同比提高27.95％，推力系数值从原来的0.5612提高到0.7438，比较可观。足见喷管不调节造成发动机高速巡航性能损失有多大，而采用组合喷管流量分配调节措施弥足了该部分损失，使得冲压发动机同时兼备高的高速巡航性能和良好的低速接力性能。
概括起来，本文不仅圆满完成了组合喷管及其流量分配调节和推力矢量技术的原理性设计研究，而且还完成了其技术验证，从而证明该方案不仅理论可行，而且易于工程实现，方案的技术优势明显，工程实用意义大。
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下载时间：2011年5月27日