CN104749735B - 一种拼接式共形光学窗口 - Google Patents

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Abstract

一种拼接式共形光学窗口，涉及航空设备领域。解决现有光学窗口只能实现拓展一个方向上的光学载荷视场角，对于较大范围的视野拓展受限的问题，该窗口包括七片平板光学玻璃，玻璃之间通过胶结而成。主要包括主窗口玻璃、第一组侧面玻璃、第二组侧面玻璃和第三组侧面玻璃，每组侧面玻璃由两块尺寸与形状相同侧面玻璃组成，相邻两块侧面玻璃的边通过胶结固定，所述每组侧面玻璃的一边均与主窗口玻璃的边通过胶结固定。本发明所述的光学窗口在满足内部有效载荷的总视场要求前提下，能够具有足够的强度和刚度承受外界环境影响，同时做到满足飞行器动力学性能和隐身的要求。

Description

一种拼接式共形光学窗口
技术领域
本发明涉及航空设备领域，具体涉及一种拼接式共形光学窗口。
背景技术
光学窗口作为航空遥感器观测系统的重要组成部分，是光学有效载荷成像系统的一个重要单元。在有效载荷工作时，成像光线通过光学窗口进入光学系统成像在靶面。由于光学窗口直接暴露在外界复杂环境中，其承受来自外界加速度、压力和热等因素影响，产生变形和温度梯度，进而容易存在波面畸变，从而直接影响有效载荷的成像质量。另外，光学窗口大多直接与飞行器连接成为一个整体，对整机系统的气动力学特性和隐身特性会产生比较大的影响。因此，光学窗口本身需要具有足够的强度和刚度，其承受外界环境影响的能力强；其次，其光学窗口外形要与飞行器外形相匹配，满足飞行器空气动力学性能和隐身性能；同时，需要兼顾有效载荷总视场的要求。
现有光学窗口形式大多为单片平面窗口或者球形罩，较为复杂些的是4片平面玻璃相互按照一定角度胶结在一起，如图1和图2所示，包括飞机蒙皮1、安装孔2、法兰盘压圈3、内光窗4、密封剂5和8、外光窗6、绝缘隔圈7和铝框架9。光窗中心处两块方形玻璃尺寸320mm×330mm，厚10mm，侧边两块在一个方向上尺寸稍小一些。双层光窗形式，外光窗6是熔融石英，内光窗是BK7玻璃。中间是绝缘隔圈7，厚几个毫米。空调风通过两个玻璃间的空间循环。光窗之间通过胶结方式固定。铝框架9中加工出一条槽缝，使用密封剂5将玻璃密封到槽缝中，并用法兰盘压圈3压紧。用专用工具和工装，将光窗部件的外形轮廓及安装孔的样式都加工的与飞机界面相匹配。此发明仅仅是拓宽了一个方向上的光学载荷的视场角，对于较大范围内的视野拓展有限；并且光学窗口之间的粘接只是两两粘接，安装工艺相对简单，相对难度不大。
发明内容
本发明为解决现有光学窗口只能实现一个方向的光学载荷视场角拓展，存在视野拓展受限的问题，提供一种拼接式共形光学窗口。
一种拼接式共形光学窗口，该光学窗口包括主窗口玻璃、第一组侧面玻璃、第二组侧面玻璃和第三组侧面玻璃，每组侧面玻璃由两块尺寸与形状相同玻璃组成，所述每组侧面玻璃的一边均与主窗口玻璃的边通过胶结固定，相邻两块侧面玻璃的边通过胶结固定，所述每组侧面玻璃以主窗口玻璃的中心轴线对称。
本发明的有益效果：本发明所述的拼接式共形光学窗口，从两个维度扩展了光学有效载荷的视场，满足光学载荷大视场的要求。同时，本发明的光学窗口与匹配的飞机外形匹配，满足了飞机隐身性与气动性要求。
本发明所述的光学窗口作为光学有效载荷成像系统的一部分，覆盖光学总视场的整个区域。同时，自身与飞行器外部相接，满足空气动力学性能与隐身性能，并具备足够的强度和刚度以抵抗外界的破坏。
本发明所述的光学窗口包括七片平板光学玻璃，玻璃之间通过胶结而成。玻璃本身的平行度在秒级。窗口每片玻璃大小尺寸根据内部载荷光机布局、光学瞬时视场和总视场确定，每片玻璃的倾角根据安装位置飞机外形的倾角相匹配，尽可能的与飞机外形能够共形，从而减小雷达反射面积。具体每片玻璃的倾角初步根据飞机外形匹配确定，根据计算机仿真依据最优气动特性和隐身特性确定最终结构外形。此装置在满足内部有效载荷的总视场要求前提下，能够具有足够的强度和刚度承受外界环境影响，同时做到满足飞行器动力学性能和隐身的要求。
附图说明
图1为现有光学窗口组件的三维示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为本发明所述的一种拼接式共形光学窗口的俯视图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为图3的B-B剖视图；
图6为图3的C-C剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图3和图4说明本实施方式，一种拼接式共形光学窗口，光窗结构图如图3所示，主要包括主窗口玻璃10、第一组侧面玻璃、第二组侧面玻璃和第三组侧面玻璃，每组侧面玻璃由两块尺寸与形状相同侧面玻璃组成，相邻两块侧面玻璃的边通过胶结固定，所述每组侧面玻璃的一边均与主窗口玻璃的边通过胶结固定，所述第一组侧面玻璃包括第一侧前玻璃11和第二侧前玻璃12，第二组侧面玻璃包括第一侧正玻璃13和第二侧正玻璃14，第三组侧面玻璃包括第一侧后玻璃15和第二侧后玻璃16。
本实施方式中由七片多光谱ZnS平面玻璃组成，光窗整体提供360°全向视野。底面是一片主窗口玻璃10，周边有六片光学玻璃并分为三组，相互之间成一定的角度拼接而成。底面的光学玻璃与周边的六片光学玻璃分别有一边胶结，周边的六片光学玻璃除了和底面的玻璃有一边胶结外，相邻的玻璃也相互胶结。光学玻璃本身平行度要求高，相互胶结的角度与飞行器本身能够共形匹配以满足空气动力学性能和整机隐身性能。每组光学玻璃以主窗口玻璃中心轴线相互对称，因此侧面的六片光学玻璃在尺寸方面实际是三种尺寸，相互之间的角度以及与底面玻璃的角度也相同。
结合图3和图4说明本实施方式，主窗口玻璃10与第一组侧面玻璃的夹角为132°，主窗口玻璃10与第二组侧面玻璃的夹角为119°，主窗口玻璃10与第三组侧面玻璃的夹角为133°。所述主窗口玻璃10、第一组侧面玻璃、第二组侧面玻璃和第三组侧面玻璃的材料选用多光谱ZnS，并镀制可见光、红外和激光三个波段的增透膜。对于光学窗口材料的选择，综合考虑价格成本、理化性能、加工和镀膜工艺等方面，选择多光谱硫化锌材料，其在0.4～12μm的宽光谱范围内有很高的透过率，具有良好的机械性能和热性能，同时具有耐大气腐蚀，制作成本较低，容易制备大尺寸等优点，是从可见光至远红外区透明窗口的最佳材料，特别适合多波段共轴光学系统的窗口。多光谱ZnS密度为4.09g/cm3，弹性模量74.5GPa，泊松比是0.28，折射率系数随温度不同在2.18-2.41之间，热膨胀系数为7.85×10-6K-1，热导率为Wcm-1K-1。
每片玻璃之间通过胶粘方式固定，粘接胶选择光学用环氧胶GHJ-01，光学环氧胶GHJ-01的特点：
a)近无色透明，清洁度高，双组分，室温下可长期存放不变质，胶合时现用现配，操作工艺性好；
b)胶层光谱透过率高，折射率和玻璃相近；
c)胶之收缩率小，胶层韧性好，应力小。因此，胶合件像质好，光圈变化小；
d)胶之挥发性小，低毒；
e)耐高低温、耐水、耐溶剂、耐化学性能好。
每片玻璃相互之间的胶结，需要借助特定工装进行压胶，保持胶合面之间的压力进行压胶，持续72h以上，保证每片玻璃之间的角度误差在允可范围之内。

Claims (3)

1.一种拼接式共形光学窗口，其特征是，该光学窗口包括主窗口玻璃(10)、第一组侧面玻璃、第二组侧面玻璃和第三组侧面玻璃，每组侧面玻璃由两块尺寸与形状相同玻璃组成，所述每组侧面玻璃的一边均与主窗口玻璃的边通过胶结固定，相邻两块侧面玻璃的边通过胶结固定，所述每组侧面玻璃以主窗口玻璃(10)的中心轴线对称。
2.根据权利要求1所述的一种拼接式共形光学窗口，其特征在于，主窗口玻璃(10)与第一组侧面玻璃的夹角为132°，主窗口玻璃(10)与第二组侧面玻璃的夹角为119°，主窗口玻璃(10)与第三组侧面玻璃的夹角为133°。
3.根据权利要求1所述的一种拼接式共形光学窗口，其特征在于，各玻璃之间采用的粘结胶为环氧胶，通过压胶并保持24小时后，获得拼接成整体的共形光学窗口。
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