CN115903207A - 一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，属于天文望远镜技术领域，包括：望远镜主镜、垂直中央气道、气体换热器和加速设备、底部空气导流板、主镜背面的冷却空气喷嘴、气体回流管道。本系统全部安放于地基大口径太阳望远镜的主镜室中。主镜位于最上方，材料通常为低热膨胀率的微晶玻璃。空气喷嘴位于主镜背面，伸入轻量化主镜背面的开槽中，利用冷空气换热的方式为主镜降温。所述的中央气道、导流板、回流管道、换热器，均是为了让气流形成一个循环，不断地输送冷空气并回收重复降温加速。本发明能有效减少太阳望远镜观测时主镜的热效应形成的湍流现象引起的视宁度效应；改善主镜整体温度不均的同时减小形变对望远镜成像质量的影响。

Description

一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统

技术领域

本发明属于天文望远镜技术领域，涉及精密机械、传热和气动流体力学,具体涉及一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统。

背景技术

随着天文仪器的发展与革新，国内外的地基天文望远镜研制有了众多突破，主动光学技术、拼接镜面技术和自适应光学技术的应用使得望远镜的口径越来越大，集光能力越做越强，分辨率越来越高。

太阳望远镜作为拥有复杂光路的大型光学仪器，对周围环境变化十分敏感。随着望远镜的口径增大，系统中各部件的体积、重量、热惯性都在增大，这也给大口径太阳望远镜的热设计提出了很高的要求。

太阳望远镜在观测过程中，暴露在阳光下的主镜一直保持着很高的热功率，主镜热量积累会引起主镜的热变形，影响望远镜反射面面形精度；另一方面，主镜与外界环境的接触面积较大，主镜温升会加热周围空气，容易引起主镜上方空气不规则的湍流，产生不可忽视的视宁度效应，进一步恶化光学系统的成像质量。为了避免上述现象产生的影响，必须要对太阳望远镜的主镜采取稳定可靠的温度控制措施，尽量控制主镜内部的温度梯度以及主镜温度相对环境温度的差距。

按照结构和原理的不同，世界上现有的大型太阳望远镜普遍采用的主镜温度控制方法主要分为如下几种：主镜真空室、主镜背后设置冷却液管道、主镜四周设置气刀、主镜背面冷却空气换热等等。这几种温度控制技术在制造成本、精度要求、维护难度和振动噪音方面各有优势或不足。更重要的是，针对大口径太阳望远镜这种对环境敏感的天文仪器，温度控制系统带走热量的能力和效率尤为关键。针对不同的太阳望远镜，上述方法未能普适且高效地解决温度控制设计问题，因此有必要发明一种大口径太阳望远镜适用的有效的主镜温度控制系统。

发明内容

为了对大口径太阳望远镜的主镜进行精确可靠的温度控制，为望远镜建立良好的观测条件，本发明提供一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统。

本发明采用如下技术方案：

一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，包括：主镜室端盖、主镜、主镜室支架、底部空气导流板、锥形罩、气体回流管道、温度传感器、气体换热器、加速设备以及计算机控制器。主镜安装在主镜室支架上，主镜的上部设置主镜室端盖，气体回流管道一端连接在主镜室端盖上，另一端连接在主镜室支架上；主镜室支架的背面设有底部空气导流板；锥形罩设置在底部空气导流板的底部中心位置。

更进一步的，气体换热器和加速设备为现有器件，布置于中央气道的底部，将中央气道的空气吸入并通过换热器进行冷却，将冷却空气向下加速排出。换热器及加速设备选用市场上现有的相关产品，其功率、温度以及鼓出的风速应当可精确调节，参数可以依据太阳望远镜的口径以及管路设计进行选用。

更进一步的，底部空气导流板布置于最下方，中心呈锥形设计，从上方吹出的冷却空气通过锥形区域后向四周发散开来，再由四周的导流板引导向上流向冷却空气喷嘴的入口。

更进一步的，冷却空气喷嘴头部有多个小孔，让冷却空气均匀地发散喷出。喷嘴伸入望远镜主镜背面的轻量化开槽之中，喷出低温空气与主镜进行换热然后流出。由于太阳望远镜的主镜是球面面型，所以内圈和外圈的轻量化开槽高度不同，面积和轮廓形状也不同，因此每一排的冷却空气喷嘴高度以及喷头大小设计成不同尺寸，以适配所对应的开槽。

本发明具有如下有益效果：

1.该主镜温度控制系统可以利用冷却空气稳定高效地与太阳望远镜主镜形成换热，抑制温升，改善温度梯度、降低热变形和热致空气湍流，对太阳望远镜的设备安全和观测精度起到重要作用。

2.该大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统采用了封闭腔体设计，在主镜室内部对冷却空气实施了循环、回收、降温，这种设计可以有效地避免系统的噪音、振动，也可以防止灰尘、杂质、外部热空气进入系统产生不利影响。

3.该大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统设计严谨合理，可行性高，重量和成本控制得当，易于加工制造；安装、维护便捷；对主镜的温度控制系统稳定可靠。

4.该大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统的结构适应性强，不遮挡成像系统的光路，可以适用于各型不同尺寸、不同结构、不同材料的太阳望远镜主镜。

附图说明

图1为本发明大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统剖面示意图；

图2为本发明隐去主镜和喷嘴以后的空气腔体半剖示意图

图3为太阳望远镜主镜轻量化开槽的一种范例主视图；

图4为太阳望远镜主镜轻量化开槽的立体图；

图5为不同尺寸的冷却空气喷嘴示意图；

图6为气体回流管道、主镜室支架背面的矩形方槽及垂直中央气道的连接结构示意图；

图7为底部空气导流板及锥形罩整体示意图；

图8为本发明主镜温度控制系统整体空气循环方式示意图；

图9为主镜室支架加气体回流管道的仰视图；

图10为本发明主镜温度控制系统整体结构的爆炸视图；

图11为两段圆弧衔接后经旋转而得到的锥形罩。

其中：1.主镜、2.气体回流管道、3.冷却空气喷嘴、4.第二垂直中央气道、5.气体换热器、6.底部空气导流板、7.主镜室端盖、8.法兰端面、9.圆形盖板、10.第一垂直中央气道、11.主镜室支架、12.锥形罩、13.加速设备、14方形通孔、15.腰形孔。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述，实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。

此外,在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中央”、“中心”、“上方”、“下方”、“第一排”、“第二排”、“外侧”、“内侧”、“四周”、“均布”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

本发明一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，如图1-10所示；其整体结构的剖面示意图如图1所示，本发明一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统包括：主镜室端盖7、主镜1、主镜室支架11、底部空气导流板6、锥形罩12、气体回流管道2、温度传感器、气体换热器5、加速设备13以及计算机控制器。主镜1安装在主镜室支架11上，主镜1的上部设置主镜室端盖7，气体回流管道2一端连接在主镜室端盖7上，另一端连接在主镜室支架11上；主镜室支架11的背面设有底部空气导流板6；锥形罩12设置在底部空气导流板6的底部中心位置。温度传感器、气体换热器5、加速设备13均与计算机控制器相连。

其中主镜1呈圆柱体状，与其圆心重叠部分有一掏空的小圆柱体；主镜1背面有轻量化开槽，所开槽孔均为圆角设计，按圈层排列。主镜1的正面呈球面形，背面为平面。被掏空小圆柱体的直径与圆形盖板9的直径相等。

主镜室端盖7为圆柱体且无上下底面；上底面设有法兰端面8为圆环形，主镜室端盖7套接在主镜1外侧，使得主镜1的球面露出在法兰端面8之上。主镜室端盖7的外侧周向分布有九个圆孔，圆孔上连接气体回流管道2的上端口（气体回流管道2上端折弯呈90度的角度）。

主镜室支架11呈同心圆柱体状，其中心被掏空的圆柱体内安装第二垂直中央气道4。第二垂直中央气道4为圆筒状，周向均匀排列有九个方形通孔14；主镜室支架11外侧周向均匀排布有九个圆孔；圆孔上连接气体回流管道2的下端口（气体回流管道2下端折弯呈90度的角度）。主镜室支架11有上底面，无下底面；上底面设有圆形气孔和支撑件（圆形孔与主镜1背面有轻量化开槽的位置重合，支撑件的位置则刚好避开轻量化开槽的位置）；上底面的背面设置有九个矩形方槽（按半径方向均匀排布），且圆形气孔的位置均避开九个矩形方槽。矩形方槽正对圆心方向的开口刚好对准方形通孔14；矩形方槽正对圆周方向的开口刚好对准主镜室支架11外侧周向均匀排布的圆孔。

主镜室支架11的边沿处有4个卡槽，与主镜室端盖7的4个卡扣相配合进行卡接。主镜室支架11底部边沿有一圈圆环形法兰。

主镜室支架11上底面和上底面背部圆形孔是槽位和孔位。

主镜室支架11上底面的圆形孔用于安装冷却空气喷嘴3，冷却空气喷嘴3伸入主镜1背面的轻量化开槽中。而支撑件则避开轻量化开槽，与主镜1背面接触，用于支撑主镜1。

第一垂直中央气道10为圆筒状与第二垂直中央气道4直径相同，设置于第二垂直中央气道4之上。第一垂直中央气道10周向均匀排列有九个腰形通孔15。圆形盖板9设置于第一垂直中央气道10之上，其直径大于第一垂直中央气道10。第一垂直中央气道10的高度小于主镜1中心圆孔的厚度。

第二垂直中央气道4内侧设置有内螺纹与气体换热器5的外螺纹配合连接。气体换热器5的底部设置有加速设备13，可加速空气的流动。

冷却空气喷嘴3为球型头和圆柱筒组合而成，球型头上开孔，圆柱筒贯穿球型头，使得气体由圆柱筒穿过从球型头开孔处排出。冷却空气喷嘴3设置于主镜室支架11上底面的圆形气孔上，上底面圆周上按圈层分布的冷却空气喷嘴3的高度、尺寸各不相同，这是由于主镜背面的轻开槽深度、面积、形状不同，针对不同的开槽配备有不同尺寸的冷却空气喷嘴3，用以保证冷却空气可以均匀地、迅速地充满开槽，平稳高效地带走热量。冷却空气喷嘴3的球型头开有多个小孔，让冷却空气均匀地发散喷出。喷嘴伸入望远镜主镜背面的轻量化开槽之中，喷出低温空气与主镜进行换热然后流出。由于太阳望远镜的主镜是球面面型，所以内圈和外圈的轻量化开槽高度不同，面积和轮廓形状也不同，因此每一排的冷却空气喷嘴高度以及喷头大小设计成不同尺寸，以适配所对应的开槽。

底部空气导流板6由九块等腰梯形板拼接组成，其中心部分连接有正九边形；

正九边形的中心设有一锥形罩12，锥形罩12中心呈锥形凸起状。底部空气导流板6的外周有向上卷起的边沿，与主镜室支架11底部边沿的圆环形法兰相连接。

由于底部空气导流板6的四周是倾斜向上，可以有效地将向下喷出的冷却空气向四周发散，引入冷却空气喷嘴3的入口；这种底部空气导流板可使空气在偏折过程中流动更顺畅，尽可能减少对空气运行的阻碍和拦截，流动阻力小、温升小、噪音和振动小。具体来说：

1)底部空气导流板可以起到对制冷空气进行偏折转向和导流的作用，因此需要它的倾斜面与水平面夹角处于一个合适范围内，以确保导流板在对气流进行有效偏折时，降低其对气流流速的阻碍。若二者夹角太大，则空气导流板过于竖直，对冷却空气的运动有较强的阻挡、减速作用；若二者夹角太小，则空气导流板过于水平，冷却空气得不到有效偏折，会导致局部湍流，整体空气循环效率降低。经过计算，每一块底部空气导流板的倾斜面与水平面的夹角在15°~30°范围内为宜，以18°~20°更优。

2)制冷气体从气体换热器和加速设备吹出后，遇到锥形罩发散，从中心向四周、向上扩散开，经由底部空气导流板的偏折，流向主镜室支架底部背面的圆形气孔。

3)本实施例中锥形罩采用的是弧度角为56°，半径分别为40mm和200mm的两端圆弧衔接后经旋转而得到的。后续应用在其他口径的望远镜温度控制系统时，也应控制锥形罩的大、小两端圆弧半径之比在1:4~1:5之间，使得锥形罩可以有效向四周发散冷却空气。如图11所示。

工作原理：

本发明的温度控制系统中，气体从冷却空气喷嘴3持续喷出，冷却的气体与主镜1背面的轻量化开槽后充分接触后，将主镜1的一部分热能带走。带走热能的气体，具有两种不同的流动方式：

1)向内地，由于圆形盖板9的阻挡作用，变热的气体只能从第一垂直中央气道10的腰形孔15进入，随后第二垂直中央气道4；

2）向外地，变热的气体从主镜室端盖7圆孔流入气体回流管道2，通过气体回流管道2发生弯折进入主镜室支架11背面的矩形方槽中，穿过矩形方槽从第二垂直中央气道4的方形通孔14进入第二垂直中央气道4。

通过两种不同流动方式的气体，都汇总到第二垂直中央气道4。第二垂直中央气道4底部设置有气体换热器5和加速设备13将热气变冷，并加速向下排出，换热器的温度以及加速设备鼓出的风速可调节。变冷的气体向下排出后遇到底部空气导流板6中的锥形罩12，由于锥形罩12中心呈锥形设计，从上方吹出的冷却空气通过锥形区域后向四周发散开来，再由四周的导流板引导向上流向冷却空气喷嘴3的入口。

大口径地基太阳望远镜的主镜一般选用导热性能较优异，热膨胀率较低的材质加工而成，反射面镀有一层镀膜。在太阳望远镜的实际观测活动中，太阳光照射产生的热量会传导到主镜整体中，本发明的温度控制系统通过将冷却空气喷射到主镜背面的轻量化开槽中带走主镜热量的方式来控制主镜的温度，不遮挡望远镜成像系统的光路。

如图2所示，该温度控制系统的冷却空气通过换热器和加速设备后形成高速、低温的气流。经由底部导流板偏折、发散后，从腔体上均匀分布的数圈气孔进入冷却空气喷嘴。

如图3、4、5所示，圆周上各圈冷却空气喷嘴的高度、尺寸各不相同，这是由于主镜背面的轻开槽深度、面积、形状不同，针对不同的开槽配备有不同尺寸的冷却空气喷嘴，用以保证冷却空气可以均匀地、迅速地充满开槽，平稳高效地带走热量。

如图6所示，该温度控制系统中主镜室的外侧均布有9组气体回流管道。带走热量的气体离开主镜从外侧流出时，可以通过回流管道偏折，进入下方的矩形回流管，最后由第二排的9个开孔回到中央气道，进行空气循环。

如图7所示，该温度控制系统中的底部空气导流板中心有一个锥形罩，四周是倾斜向上的梯形导流板，可以有效地将向下喷出的冷却空气向四周发散，引入冷却空气喷嘴的入口。这种底部空气导流板可使空气在偏折过程中流动阻力小、温升小、噪音和振动小。

如图8所示，该温度控制系统中的整体空气循环方式中，离开主镜开槽后的冷却空气具有两种不同的流动方式：

向内地，可以经由第一排开孔进入垂直中央气道；

向外地，可以经由气体回流管道，再经过主镜室支架背面的矩形槽然后通过第二排开孔进入垂直中央气道。

更优选地，本发明所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，应当配备有一套温度传感器，一套计算机控制的负反馈系统，以及一套现有的、可以对功率和流速进行精确调节的气体换热器和加速设备，温度传感器分为非接触式和接触式。非接触式可以测得主镜上表面各处温度，接触式则贴于主镜背面进行测量。温度传感器采集到的数据传递给计算机控制系统，还原出主镜整体温度场，而后根据与环境空气的温度差大小对气体换热器和加速设备的功率进行调节。其具体参数可以依据太阳望远镜的口径以及管路设计进行选用。通过对主镜温度的实时监测，形成反馈补偿链路，适当调节冷却空气的温度和速度，以期全天候、全方位地控制主镜温度，获得更佳的温度梯度和环境温差效果，可以适应不同辐照强度、不同季节、不同环境温度下的观测条件。

位于中央垂直气道底部的气体换热和加速设备，可根据不同工况及时调整功率，配套的反馈控制系统采集太阳望远镜主镜的受热情况和温度梯度之后，将数据计算给出相应的换热设备运行功率，使制冷空气能够持续带走多余热量，将主镜温度维持在指定范围内（一般温度范围在环境气温±2K以内），其输出功率计算的过程应至少包括：

其中输出功率为，换热效率为，系统能量损失率为；

太阳望远镜建造当地太阳常数为，当前时刻的辐照系数为，主镜表面的反射率为。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (13)

1.一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，包括：主镜室端盖(7)、主镜(1)、主镜室支架(11)、底部空气导流板(6)、锥形罩(12)、气体回流管道(2)、温度传感器、气体换热器(5)、加速设备(13)以及计算机控制器；主镜(1)安装在主镜室支架(11)上，主镜(1)的上部设置主镜室端盖(7)，气体回流管道(2)一端连接在主镜室端盖(7)上，另一端连接在主镜室支架(11)上；主镜室支架(11)的背面设有底部空气导流板(6)；锥形罩(12)设置在底部空气导流板(6)的底部中心位置；温度传感器、气体换热器(5)、加速设备(13)均与计算机控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，主镜(1)呈圆柱体状，与其圆心重叠部分有一掏空的小圆柱体；主镜(1)背面有轻量化开槽，所开槽孔均为圆角设计，按圈层排列；主镜(1)的正面呈球面形，背面为平面；被掏空小圆柱体的直径与圆形盖板(9)的直径相等。

3.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，主镜室端盖(7)为圆柱体且无上下底面；上底面设有法兰端面(8)为圆环形，主镜室端盖(7)套接在主镜(1)外侧，使得主镜(1)的球面露出在法兰端面(8)之上；主镜室端盖(7)的外侧周向分布有九个圆孔，圆孔上连接气体回流管道(2)的上端口；气体回流管道共设置有(9)组，相邻两组回流管道之间角度相差为40°。

4. 根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，主镜室支架(11)呈同心圆柱体状，其中心被掏空的圆柱体内安装第二垂直中央气道(4)；第二垂直中央气道(4)为圆筒状，周向均匀排列有九个方形通孔(14)；主镜室支架(11)外侧周向均匀排布有九个圆孔；圆孔上连接气体回流管道 (2)的下端口；主镜室支架(11)有上底面，无下底面；上底面设有圆形气孔和支撑件,圆形孔与主镜(1)背面有轻量化开槽的位置重合，支撑件的位置则刚好避开轻量化开槽的位置；上底面的背面设置有九个矩形方槽，且圆形气孔的位置均避开九个矩形方槽；矩形方槽正对圆心方向的开口刚好对准方形通孔(14)；矩形方槽正对圆周方向的开口刚好对准主镜室支架(11)外侧周向均匀排布的圆孔；主镜室支架(11)底部边沿有一圈圆环形法兰；

主镜室支架(11)上底面的圆形孔用于安装冷却空气喷嘴(3)，冷却空气喷嘴 (3)伸入主镜(1)背面的轻量化开槽中；而支撑件则避开轻量化开槽，与主镜(1)背面接触，用于支撑主镜(1)。

5.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，第一垂直中央气道(10)为圆筒状与第二垂直中央气道(4)直径相同，设置于第二垂直中央气道(4)之上；第一垂直中央气道(10)周向均匀排列有九个腰形通孔(15)；圆形盖板(9)设置于第一垂直中央气道(10)之上，其直径大于第一垂直中央气道(10)；第一垂直中央气道(10)的高度小于主镜(1)中心圆孔的厚度。

6.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，第二垂直中央气道(4)内侧设置有内螺纹与气体换热器(5)的外螺纹配合连接；气体换热器(5)的底部设置有加速设备(13)，可加速空气的流动。

7.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，冷却空气喷嘴(3)为球型头和圆柱筒组合而成，球型头上开孔，圆柱筒贯穿球型头，冷却空气喷嘴(3)设置于主镜室支架(11)上底面的圆形气孔上，上底面圆周上按圈层分布的冷却空气喷嘴(3)的高度、尺寸各不相同，这是由于主镜背面的轻开槽深度、面积、形状不同，针对不同的开槽配备有不同尺寸的冷却空气喷嘴(3)，用以保证冷却空气可以均匀地、迅速地充满开槽，平稳高效地带走热量；冷却空气喷嘴(3)的球型头开有多个小孔，让冷却空气均匀地发散喷出；喷嘴伸入望远镜主镜背面的轻量化开槽之中，喷出低温空气与主镜进行换热然后流出；由于太阳望远镜的主镜是球面面型，所以内圈和外圈的轻量化开槽高度不同，面积和轮廓形状也不同，因此每一排的冷却空气喷嘴高度以及喷头大小设计成不同尺寸，以适配所对应的开槽。

8.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，底部空气导流板(6)由九块等腰梯形板拼接组成，其中心部分连接有正九边形；正九边形的中心设有一锥形罩(12)，锥形罩(12)中心呈锥形凸起状；底部空气导流板(6)的外周有向上卷起的边沿，与主镜室支架(11)底部边沿的圆环形法兰相连接。

9.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，由于底部空气导流板(6)的四周是倾斜向上，可以有效地将向下喷出的冷却空气向四周发散，引入冷却空气喷嘴(3)的入口；这种底部空气导流板可使空气在偏折过程中流动更顺畅，尽可能减少对空气运行的阻碍和拦截，流动阻力小、温升小、噪音和振动小。

10.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在，底部空气导流板(6)中的每一块底部空气导流板的倾斜面与水平面的夹角在15°~30°范围内为宜，以18°~20°更优。

11.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在，锥形罩采用的是弧度角为56°，半径分别为40mm和200mm的两段圆弧衔接后经旋转而得到；锥形罩的大、小两端圆弧半径之比在1:4~1:5之间，使得锥形罩可以有效向四周发散冷却空气。

12.根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，气体换热和加速设备根据不同工况及时调整功率，采集太阳望远镜主镜的受热情况和温度梯度之后，将计算给出相应的换热设备运行功率，使制冷空气能够持续带走多余热量，将主镜温度维持在指定范围内，其输出功率计算的过程应至少包括：

其中输出功率为，换热效率为，系统能量损失率为；

太阳望远镜建造当地太阳常数为，当前时刻的辐照系数为，主镜表面的反射率为。

13. 根据权利要求1所述的一种大口径太阳望远镜主镜的温度控制系统，其特征在于，本系统的工作过程如下：开启气体换热器和加速设备，持续的气体从冷却空气喷嘴(3)喷出后，冷却的气体与主镜(1)背面的轻开槽后充分接触后，将主镜 (1)的一部分热能带走，带走热能的气体，具有两种不同的流动方式：

1)向内地，由于圆形盖板(9)的阻挡作用，变热的气体只能从第一垂直中央气道 (10)的腰形孔(15)进入，随后第二垂直中央气道(4)；

2）向外地，变热的气体从主镜室端盖(7)圆孔流入气体回流管道(2)，通过气体回流管道(2)发生弯折进入主镜室支架(11)背面的矩形方槽中，穿过矩形方槽从第二垂直中央气道(4)的方形通孔(14)进入第二垂直中央气道(4)；

通过两种不同流动方式的气体，都汇总到第二垂直中央气道(4)；第二垂直中央气道(4)底部设置有气体换热器(5)和加速设备(13)将热气变冷，并加速向下排出，换热器的温度以及加速设备鼓出的风速可调节；变冷的气体向下排出后遇到底部空气导流板(6)中的锥形罩(12)，由于锥形罩(12)中心呈锥形设计，从上方吹出的冷却空气通过锥形区域后向四周发散开来，再由四周的导流板引导向上流向冷却空气喷嘴(3)的入口。

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