RU2476833C2 - Method of simulating solar radiation in thermal pressure chamber - Google Patents

Method of simulating solar radiation in thermal pressure chamber Download PDF

Info

Publication number
RU2476833C2
RU2476833C2 RU2011118693/28A RU2011118693A RU2476833C2 RU 2476833 C2 RU2476833 C2 RU 2476833C2 RU 2011118693/28 A RU2011118693/28 A RU 2011118693/28A RU 2011118693 A RU2011118693 A RU 2011118693A RU 2476833 C2 RU2476833 C2 RU 2476833C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light
solar radiation
flux
pressure chamber
lens
Prior art date
Application number
RU2011118693/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011118693A (en
Inventor
Светлана Александровна Крат
Антон Александрович Филатов
Валерий Васильевич Христич
Геннадий Иванович Овечкин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" filed Critical Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева"
Priority to RU2011118693/28A priority Critical patent/RU2476833C2/en
Publication of RU2011118693A publication Critical patent/RU2011118693A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2476833C2 publication Critical patent/RU2476833C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: simulation method involves generating solar radiation simulation flux from light sources outside the thermal pressure chamber. Focusing and input of light flux from the light sources into the thermal pressure chamber are carried out through a light-conducting illuminator in form of a biconex lens which is hermetically mounted on the housing of the chamber. Parallel light flux onto the tested spacecraft is generated by a parabolic collimating reflector while providing flux characteristics with parameters maximally close to real solar radiation on the orbit of the spacecraft, with subsequent reflection thereof from a mixer while splitting the light flux into separate light fluxes with expansion of their light spot incident on the parabolic collimating reflector.
EFFECT: high efficiency and uniformity of exposure of the surface of tested spacecraft or component part thereof.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам имитации солнечного излучения (ИСИ) в тепловакуумной камере (ТВК) и может быть использовано при тепловакуумных испытаниях космического аппарата (КА) или его составных частей.The invention relates to methods for simulating solar radiation (ISI) in a thermal vacuum chamber (TCE) and can be used in thermal vacuum testing of a spacecraft (SC) or its components.

Известен способ ИСИ, реализованный в ТВК «Дженерал электрик» с ИСИ неосевой оптической схемы (О.Б.Андрейчук, Н.Н.Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. Москва. «Машиностроение». 1982. Стр.23, рис.3.1; стр.51, рис.3.25), в котором создают имитирующий поток солнечной радиации от источников света вне термобарокамеры, фокусирование и ввод световых потоков от источников света внутрь термобарокамеры через герметично установленный на ее корпусе светопроводящий иллюминатор, создание параллельного светового потока на испытуемый космический аппарат посредством параболического коллимирующего отражателя (ПКО) с обеспечением характеристик потока с параметрами, максимально приближенными к реальному солнечному излучению на орбите космического аппарата.The known method of ISI implemented in the TV "General Electric" with ISI non-axial optical design (O. B. Andreychuk, N. N. Malakhov. Thermal tests of spacecraft. Moscow. "Engineering". 1982. P. 23, Fig. 3.1; p. 51, Fig. 3.25), in which a simulating solar radiation flux from light sources outside the pressure chamber is created, focusing and input of light fluxes from light sources inside the pressure chamber through a light-conducting illuminator sealed on its body, creating a parallel light flux to the test space Paratov by collimating parabolic reflector (FFP) ensuring the flow characteristics with parameters as close to the actual solar radiation on the spacecraft orbit.

Недостаток этого способа заключается в невысоком коэффициенте полезного действия (КПД) и в неудовлетворительной равномерности облучения поверхности испытуемого объекта. Причиной этому является то, что в процессе его реализации при последовательном прохождении светового потока от ламп через ряд оптических поверхностей световой поток значительно ослабевает и тем самым снижается КПД ИСИ. Кроме того, реализация данного способа не содержит специального устройства, обеспечивающего повышенную степень равномерности облучения поверхности испытуемого объекта путем разделения общего светового потока на отдельные с увеличением размеров их пятен, падающих на ПКО с площадью, равной или близкой к площади упомянутого отражателя.The disadvantage of this method lies in the low coefficient of performance (COP) and the poor uniformity of irradiation of the surface of the test object. The reason for this is that in the process of its implementation with the successive passage of the light flux from the lamps through a series of optical surfaces, the light flux is significantly weakened and thereby the ICR efficiency is reduced. In addition, the implementation of this method does not contain a special device that provides an increased degree of uniformity of irradiation of the surface of the test object by dividing the total luminous flux into separate ones with an increase in the size of their spots incident on the FFP with an area equal to or close to the area of the said reflector.

В качестве прототипа выбран способ ИСИ в ТВК для испытаний КА, реализованный неосевым имитатором солнечного излучения в ТВК (О.Б.Андрейчук, Н.Н.Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. Москва. «Машиностроение». 1982. Стр.38, рис.3.10, б). В указанном способе линза-конденсор, размещенная во входном блоке термобарокамеры, объединяет световые потоки от отдельных источников излучения - ламп, размещенных снаружи термобарокамеры. Далее объединенный световой поток проходит через герметично установленный в этом же входном блоке иллюминатор и поступает на ПКО с определенным углом расходимости. При этом входной блок расположен в фокусе ПКО. ПКО преобразует поступивший на него расходящийся световой поток в параллельный и направляет его на испытуемый КА. Недостатки прототипа аналогичны недостаткам, указанным в вышеописанном аналоге.As a prototype, the ISI method in TCEs for testing spacecraft implemented by a non-axial simulator of solar radiation in TCEs (O.B.Andreichuk, NN Malakhov. Thermal tests of spacecraft. Moscow. "Engineering". 1982. Pp. 38, fig. .3.10, b). In the indicated method, the condenser lens located in the input unit of the pressure chamber combines light fluxes from individual radiation sources — lamps placed outside the pressure chamber. Next, the combined luminous flux passes through a porthole sealed in the same input unit and enters the FFP with a certain angle of divergence. In this case, the input unit is located in the focus of the FFP. FFP converts the diverging luminous flux arriving at it into a parallel one and directs it to the test spacecraft. The disadvantages of the prototype are similar to the disadvantages indicated in the above analogue.

Задачи изобретения заключаются в повышении КПД ИСИ и равномерности облучения поверхности испытуемого объекта 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 or its component.

Задачи решены за счет того, что в предложенном способе ИСИ в ТВК для испытаний КА ввод светового потока внутрь термобарокамеры осуществляют через двояковогнутый линзовый иллюминатор с обеспечением параллельности лучей потока на его выходе. Последующее отражение, перемешивание и расходимость потока до размеров ПКО осуществляют с помощью зеркального смесителя. При этом каждый источник излучения выполнен с эллипсоидным рефлектором и вспомогательным сферическим зеркалом для возврата не охваченных рефлектором лучей в зону прохождения светового потока. Расчет оптимальных параметров имитатора солнечного излучения для конкретной термобарокамеры осуществляют с применением формулы для расчета радиуса кривизны плосковогнутой линзы, обеспечивающей параллельность светового потока на ее выходе:The problems are solved due to the fact that in the proposed ISI method in TCEs for testing spacecraft, the input of the light flux into the thermal chamber is carried out through a biconcave lens porthole to ensure parallel flow rays at its output. Subsequent reflection, mixing and divergence of the flow to the size of the FFP is carried out using a mirror mixer. Moreover, each radiation source is made with an ellipsoid reflector and an auxiliary spherical mirror for returning the rays not covered by the reflector into the zone of passage of the light flux. The calculation of the optimal parameters of the solar radiation simulator for a specific pressure chamber is carried out using the formula for calculating the radius of curvature of a plano-concave lens, which ensures parallel light flux at its output:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

R - радиус кривизны плосковогнутой линзы;R is the radius of curvature of a flat-concave lens;

d - диаметр плосковогнутой линзы;d is the diameter of the flat-concave lens;

A - половина угла сходимости потока, поступающего на двояковогнутую линзу (угол падения «крайнего луча» потока).A - half the angle of convergence of the stream entering the biconcave lens (angle of incidence of the "extreme beam" of the stream).

Суть предложенного способа 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 proposed method 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.

Устройство, взятое для примера реализации предложенного способа, 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. ПКО 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 ПКО 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 ПКО 3, занимая всю его поверхность.The device, taken as an example of the implementation of the proposed method, contains an input porthole 1, a parabolic collimating reflector 3, solar radiation sources 5 and a mirror mixer 7. The input porthole 1 is made in the form of a biconcave lens and is hermetically integrated into the housing 2 of the thermal vacuum chamber. FFP 3 is used to reflect simulated solar radiation on the test object 4, located in a thermal vacuum chamber. Sources of solar radiation 5 are lamps with ellipsoid reflectors and auxiliary spherical mirrors located outside the thermal vacuum chamber. The ellipsoid reflector directs the part of the lamp radiation that arrives at its surface to the biconcave lens 1. The auxiliary spherical mirror 6 returns the remaining part of the lamp radiation that does not fall on the reflector surface, reflecting it again to the reflector, and then to the biconcave lens 1. Mirror mixer 7 located along the luminous flux between the PKO 3 and the biconcave lens 1 and is made in the form of convex mirror lenses 8 with square profiles uniformly arranged in the plane of their contacting faces. Each of the convex mirror lenses 8 reflects the part of the parallel light flux received after the biconcave lens 1 in the form of a diverging beam of rays at the FFP 3, occupying its entire surface.

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 выполнены с оптимальными параметрами (для условия, что объектом испытания является крупногабаритное изделие, например космический аппарат):To ensure increased efficiency and uniformity of irradiation of the surface of the test object 4 due to the optimal operation of the system as a whole, the biconcave lens 1, convex mirror lenses 8 with square profiles and parabolic collimating reflector 3 are made with optimal parameters (for the condition that the test object is large product, e.g. spacecraft):

- 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, радиусы их кривизны равны 0,16 м.- the dimensions of convex mirror lenses with square profiles are 0.04 × 0.04 m, the radii of their curvature are 0.16 m.

- габариты ПКО равны 2,5×2,588 м.- the dimensions of the FFP are 2.5 × 2.588 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.

Способ имитации солнечного излучения рассмотрим на примере реализации его в устройстве-имитаторе солнечного излучения.A method of simulating solar radiation, we consider the example of its implementation in a device simulating solar radiation.

Предложенное устройство работает следующим образом. Объект испытаний (КА) 4 устанавливают в ТВК неподвижно для проведения стационарного теплового режима или с возможностью вращения 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 включают лампы и световой поток заданной суммарной мощности от них фокусируется на двояковогнутую линзу 1, проходит через нее и параллельными световыми лучами поступает на зеркальный смеситель 7, расположенный на расстоянии 4,5 м по оптической оси от двояковогнутой линзы 1.The proposed device operates as follows. The test object (SC) 4 is installed in the TCE motionless for conducting a stationary thermal regime or with the possibility of rotation using a rotary device (not shown) relative to the direction of the simulated solar radiation flux, respectively, of the developed variant of the motion of the SC 4 in its orbit for 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 mirror mixer 7 with parallel light rays, located at a distance of 4.5 m along the optical axis from the biconcave lens 1.

В предложенном устройстве по пути светового потока между ПКО 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 ПКО 3 в виде расходящегося пучка лучей с площадью падающего на ПКО 3 пятна, равной или близкой к площади ПКО 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 ПКО 3 обеспечивается повышение равномерности облучения поверхности испытуемого объекта 4.In the proposed device, along the path of the light flux between the PSC 3 and the biconcave lens 1, a mirror mixer 7 is installed, made in the form of convex mirror lenses 8 with square profiles that are uniformly located in contact with their faces to reflect the simulated solar radiation incident on each of them on the PSC 3 in the form of a diverging beam of rays with an area incident on the FFP 3 spots equal to or close to the area of the FFP 3. With the specified reflection of the light flux from each convex mirror lens 8 and their reflection with the increase in the size of the light flux to an area equal to the surface area of the FFP 3, the uniformity of the irradiation of the surface of the test object 4 is increased.

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 ПКО 3. Таким образом, зеркальный смеситель выполняет функцию 2-х 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 radius of curvature 0.16 m. Given the small divergence of the flow due to a really “non-point” source, the dimensions of the mirror of the mixer, 0.8 × 0.8 m are taken. The radii of curvature of the mirror lenses 8 are calculated so that the parallel flow coming to the surface of one mirror lens 8 is reflected from it with a divergence angle of 26 degrees, occupying the entire surface of the FFP 3. Thus, the mirror the mixer t is the function of 2 elements: the reversal of the flow with its subsequent increase by a collimating mirror 3 and its 400-fold mixing. Since at least two optical elements are required to perform these functions, respectively, the efficiency loss on these elements would be approximately 16% on the mirror and 8% on the mixer. In this case, potential losses on two surfaces of the mixer elements are eliminated. This gives a total increase in the efficiency of the simulator of solar radiation by about 8%.

Каждая из 400 зеркальных линз 8 отражает световой поток на ПКО 3 и увеличивает его до размеров, близких размерам ПКО. 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 ПКО и далее на поверхности испытуемого объекта (КА) 4 при одновременной высокой степени параллельности светового потока.Each of the 400 mirror lenses 8 reflects the luminous flux at the FFP 3 and increases it to sizes close to the size of the FFP. With this reflection, the beam of rays from each mirror lens is mixed 400 times with the beams of rays of other lenses, which provides a high degree of uniformity of the incident flux at the FFP and further on the surface of the test object (SP) 4 with a simultaneous high degree of parallelism of the light flux.

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. В предложенном устройстве применяют лампы типа ХВО 10000 W/HS OFR. Изготовитель (OSRAM) предусматривает как вертикальную (относительно горизонта), так и горизонтальную установку ламп - на усмотрение разработчика оптической системы. Однако горизонтальная (или под углом) установка требует встраивание дополнительных элементов в конструкцию - магнитов для стабилизации дуги. Вертикальная же установка встраивания магнитов не требует и, кроме этого, поскольку лампа имеет вытянутую форму (фиг.3), позволяет сразу за колбой ламп разместить сферические зеркала.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 proposed device uses lamps of the type XBO 10000 W / HS OFR. The manufacturer (OSRAM) provides for both vertical (relative to the horizon) and horizontal installation of lamps - at the discretion of the developer of the optical system. However, horizontal (or at an angle) installation requires the installation of additional elements in the structure - magnets to stabilize the arc. The vertical installation of embedding magnets does not require and, in addition, since the lamp has an elongated shape (Fig. 3), it allows you to place spherical mirrors immediately behind the bulb.

Диаметры сферических зеркал 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.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% - this is approximately how an ellipsoid reflector covers the rays evenly emanating in all directions from the lamp. The introduction of an auxiliary spherical mirror into the “Reflector-lamp” bundle allows you to return that part of the lamp radiation that did not hit the surface of the ellipsoid reflector, again to this reflector, and then to the biconcave lens 1.

Таким образом, КПД связок «Рефлектора-Лампы» повышаются 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 returning them 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 нижеприведенной 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. Москва: 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. Moscow: 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 плоско-вогнутой 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:

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

A - угол падения «крайнего» луча светового потока;A - angle of incidence of the "extreme" beam of the light flux;

B - 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:

Figure 00000003
Figure 00000003

Отсюда:From here:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Из соотношений в прямоугольном треугольнике (фиг.5) имеем также:From the relations in a right triangle (Fig. 5) we also have:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

где d - диаметр линзы.where d is the diameter of the lens.

Применяя соотношениеApplying ratio

Figure 00000008
Figure 00000008

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:

Figure 00000009
Figure 00000009

Преобразуя знаменатель дроби:Converting the denominator of a fraction:

Figure 00000010
Figure 00000010

получим:we get:

Figure 00000011
Figure 00000011

Для нахождения радиуса R приравняем аргументы двух арксинусов, рассчитанных для нахождения B 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:

Figure 00000012
Figure 00000012

Следовательно:Hence:

Figure 00000013
,
Figure 00000013
,

Отсюда:From here:

Figure 00000014
Figure 00000014

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:

Figure 00000015
,
Figure 00000015
,

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. Москва: 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, H. Traiber. Technical optics. Moscow: Technosfera, 2006 and I. Bronstein, K. A. Semendyaev. A reference book on mathematics for engineers and students of technical schools. M. : Science, 1986).

Предложенный способ имитации солнечного излучения в ТВК для испытаний космического аппарата (КА) или его составных частей в настоящее время проходит этап реализации в конструкторскую документацию, разрабатываемую для вновь строящейся ТВК предприятия.The proposed method for simulating solar radiation in TCEs for testing a spacecraft (SC) or its components is currently undergoing implementation in the design documentation developed for a newly built TCE enterprise.

Claims (3)

1. Способ имитации солнечного излучения в термобарокамере путем подачи имитирующего светового потока от источников света в термобарокамеру через герметично установленный в ее корпусе иллюминатор, отражение данного светового потока с фокусировкой на параболический коллимирующий отражатель (ПКО) и на испытуемое изделие, отличающийся тем, что используют иллюминатор в виде двояковогнутой линзы, обеспечивающей на ее выходе параллельный световой поток, который затем разбивают на отдельные пучки лучей, перемешивают и отражают их с увеличением на ПКО.1. A method for simulating solar radiation in a thermal pressure chamber by supplying a simulating light flux from light sources to a thermal pressure chamber through a porthole hermetically installed in its body, reflection of this light stream with focus on a parabolic collimating reflector (FFP) and on the test product, characterized in that they use a window in the form of a biconcave lens, providing at its output a parallel light flux, which is then divided into separate beams of rays, mix and reflect them with increased I eat on the SSP. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения параллельного светового потока на выходе двояковогнутой линзы ее параметры рассчитывают по формуле:
Figure 00000016

где R - радиус кривизны плосковогнутой линзы;
d - диаметр плосковогнутой линзы;
A - половина угла сходимости потока, поступающего на двояковогнутую линзу (угол падения «крайнего луча» потока).
2. The method according to claim 1, characterized in that to ensure parallel light flux at the output of the biconcave lens, its parameters are calculated by the formula:
Figure 00000016

where R is the radius of curvature of a flat-concave lens;
d is the diameter of the flat-concave lens;
A - half the angle of convergence of the stream entering the biconcave lens (angle of incidence of the "extreme beam" of the stream).
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве источников света используют лампы с рефлекторами, каждую из которых снабжают сферическим зеркалом, позволяющим захватить ту часть излучения лампы, которая не попала на поверхность рефлектора, и вернуть ее снова на рефлектор и далее - на двояковогнутую линзу. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that lamps with reflectors are used as light sources, each of which is equipped with a spherical mirror, which allows to capture that part of the lamp radiation that did not fall on the reflector surface and return it to the reflector again and further on to the biconcave lens.
RU2011118693/28A 2011-05-10 2011-05-10 Method of simulating solar radiation in thermal pressure chamber RU2476833C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011118693/28A RU2476833C2 (en) 2011-05-10 2011-05-10 Method of simulating solar radiation in thermal pressure chamber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011118693/28A RU2476833C2 (en) 2011-05-10 2011-05-10 Method of simulating solar radiation in thermal pressure chamber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011118693A RU2011118693A (en) 2012-11-20
RU2476833C2 true RU2476833C2 (en) 2013-02-27

Family

ID=47322799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011118693/28A RU2476833C2 (en) 2011-05-10 2011-05-10 Method of simulating solar radiation in thermal pressure chamber

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2476833C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108238287A (en) * 2016-12-26 2018-07-03 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 A kind of remote directed radiation heating system of combination of light sources formula

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3847024A (en) * 1969-07-23 1974-11-12 Rockwell International Corp Simulation and measurement apparatus
SU1098026A1 (en) * 1982-07-30 1984-06-15 Краснодарское Отделение Всесоюзного Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательского Института Источников Тока Solar radiation simulator
RU2009086C1 (en) * 1992-04-14 1994-03-15 Леонид Оскарович Вайсфельд Method for heat testing articles in equivalent martian conditions
WO2000013000A1 (en) * 1998-09-01 2000-03-09 Leo Baumann Method and device for simulating the solar ultraviolet radiation load on materials
RU2172709C2 (en) * 1999-09-23 2001-08-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Stand for thermal tests of space objects
KR20030018369A (en) * 2001-08-28 2003-03-06 현대자동차주식회사 Solar radiation simulaton system
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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3847024A (en) * 1969-07-23 1974-11-12 Rockwell International Corp Simulation and measurement apparatus
SU1098026A1 (en) * 1982-07-30 1984-06-15 Краснодарское Отделение Всесоюзного Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательского Института Источников Тока Solar radiation simulator
RU2009086C1 (en) * 1992-04-14 1994-03-15 Леонид Оскарович Вайсфельд Method for heat testing articles in equivalent martian conditions
WO2000013000A1 (en) * 1998-09-01 2000-03-09 Leo Baumann Method and device for simulating the solar ultraviolet radiation load on materials
RU2172709C2 (en) * 1999-09-23 2001-08-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Stand for thermal tests of space objects
KR20030018369A (en) * 2001-08-28 2003-03-06 현대자동차주식회사 Solar radiation simulaton system
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АНДРЕЙЧУК О.Б. и др. Тепловые испытания космических аппаратов. -М.: Машиностроение, 1982, 38-39. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108238287A (en) * 2016-12-26 2018-07-03 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 A kind of remote directed radiation heating system of combination of light sources formula

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011118693A (en) 2012-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102943995A (en) Solar simulator optical device with variable radiation surface sizes and variable collimation angles
Yeh et al. Design and analysis of solar-tracking 2D Fresnel lens-based two staged, spectrum-splitting solar concentrators
RU2476833C2 (en) Method of simulating solar radiation in thermal pressure chamber
US3200253A (en) System for obtaining parallel radiant energy rays of uniform illumination and uniform energy distribution
Onubogu et al. Optical characterization of two-stage non-imaging solar concentrator for active daylighting system
US3239660A (en) Illumination system including a virtual light source
US4063088A (en) Method of and means for testing a glancing-incidence mirror system of an X-ray telescope
CN104501042A (en) Engineering diffuser-based infrared spectrometer light source system
US3325238A (en) Solar simulator
RU2468342C1 (en) Off-axis solar simulator of thermal vacuum chamber
CN110836864B (en) Optical measuring device for measuring combustion field gas parameters
CN114838916A (en) System, method and device for testing diffraction light waveguide
Romanova et al. Designing a side-emitting lens using the composing method
CN102734664B (en) Light-gathering type light source simulator
EP2304739B1 (en) High intensity x-ray beam system
CN108490594B (en) Asymmetric reflection optical system based on micro-nano optical surface
Chen et al. A Brief Review of Solar Indoor Lighting System Integrated with Optofluidic Technologies
RU211190U1 (en) DYNAMIC SCENE SIMULATION DEVICE
Herrero et al. Angular transmission characterization of CPV modules based on CCD measurements
US3266369A (en) Compound three-element lens assembly
RU2789277C1 (en) Dynamic scene simulation device
Eduardovna et al. Designing a side-emitting lens using the composing method
Buljan et al. Quasi-aplanatic free-form V-groove collimators for LED colour mixing
CN113504178A (en) Optical optimization collimation design system
Peele et al. Lobster-eye all-sky monitors: A comparison of one-and two-dimensional designs