基于可变形镜系统的气动光学效应模拟器研究

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1、硕士学位论文基于可变形镜系统的气动光学效应模拟器研究RESEARCHONAERO-OPTICEFFECTSSMILATORBASEDONDEFORMABLEMIRRORSYSTEM王丽哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：0439学校代码：10213国际图书分类号：629.53密级：公开工学硕士学位论文基于可变形镜系统的气动光学效应模拟器研究硕士研究生：王丽：导师：范志刚：教授申请学位：工学硕士：学科：光学工程：所在单位：航天学院：答辩日期：201：5年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学：ClassifiedIndex:O439U.

2、D.C:629.53DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONAERO-OPTICALEFFECTSSMILATORBASEDONDEFORMABLEMIRRORSYSTEMCandidate：WangLiSupervisor：Prof.FanZhigangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateo

3、fDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要基于变形镜系统的气动光学效应模拟器是半实物仿真方法，实质是在实验室中用来模拟飞行器在高速飞行时由气动光学效应产生的外部环境，能够为高速飞行器的气动效应校正系统提供验证条件，并且可以对高速飞行器的性能进行测试。与传统的风洞试验相比较，具有成本低、使用简单、操作方便的特点，可以很大程度上节省人力和物力，研究具有很强的实用价值。本课题针对仿真验证导引头侧窗气动光

4、学效应要求，设计研制了一套气动光学效应模拟系统，其核心器件为可变形反射镜，用于模拟气动光学效应产生的入射光波波前畸变，为气动光学效应的校正系统在实验室环境下提供了时变的测试环境，进而可以分析评价待测设备的气动光学效应校正系统的各种性能参数。本文首先制定了模拟器的整体设计结构方案，简明的说就是把可变形反射镜加载在光学系统中使用。其中，光学系统的结构形式采用透射式结构，并分三大部分进行设计：首先设计了准直光学系统，用来把球面波调制成平面波；由于可变形反射镜尺寸较小，需要对出射光束进行扩束，因此，其次设计了扩束光学系统，然后，把准直光学系统与

5、扩束光学系统进行拼接，得到符合使用要求的完整的光学系统，并且对完整的光学系统进行像质的评价与公差分析，结果表明，整个光学系统满足实际使用要求。根据设计好的光学系统相关参数，设计了相匹配的黑体辐射源及靶标，进而能够产生不同目标图像。深入研究了Zernike多项式理论，然后确定了求解Zernike多项式系数的算法，能够使用Zernike多项式来拟合不同形态的波面；把不同的面型输入到CodeV软件中，进行了仿真分析。通过比较输出波面形态与输入波面形态的差别，表明所设计的模拟器可以满足实际使用需求。关键词：气动光学效应；可变形反射镜；Zerni

6、ke多项式I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractRsearchonaero-opticaleffectssmilatorbasedondeformablemirrorsystemisasemi-physicalsimulationmethod,inessence,Itsimulatesaexteriorenvironmentproducedbytheaero-opticaleffectsinthelaboratory,toprovideverificationconditionsforthehigh-speedaircraft

7、aerodynamiceffectcorrectionsystem,andcantesttheperformanceofhigh-speedaircraft.Comparedwithtraditionalwindtunneltesting,it’scheaper,easytouseandoperate,canlargelysavemanpowerandmaterialresources,thisresearchhasastrongpracticalvalue.Theresearchisforthesimulationofaero-opt

8、icaleffectscausedbyside-window,designanddevelopasetofaero-opticaleffectssimulationsystem,thecorecompone