多组全动型变焦系统新型设计

为了寻找简单的多组全动型变焦系统的解算方法及降低全动型变焦距系统设计时对经验的过分依赖,提出了一种全新的方法来计算系统组元的光焦度分配。以组元之间的间隔为初始量,把组元的运动形式作为自由量,通过计算公式求出满足间隔要求的光焦度分配和组元运动形式。该方法在一定程度上降低了变焦系统光焦度分配的难度,更重要的是,为探寻新的变焦运动方式提供了一种新的思路。在得到系统的光焦度分配之后又推导出一种求解系统组元移动曲线的简单方法。为了验证该方法的可行性,设计了一个四组式全动型变焦系统。所设计系统优化后的光焦度分配值和计算的结果都很接近,并且得到了组元的移动曲线,从而验证了该方法的正确性。     

面向中距衍射多焦点人工晶状体设计

运用ZEMAX光学设计软件基于Liou-Brennan眼模型,材料选用疏水性丙烯酸酯,设计了前表面为衍射面,后表面为非球面的多焦点人工晶体,该设计利用0级、+1级衍射级次,当物在不同位置时,使不同衍射级次发挥作用.对于所设计的人工晶体,采用的附加光焦度为1.66D,即两个焦点处的光焦度分别对应20D、21.66D,小附加光焦度的确立旨在着重优化人工晶状体在中距处的光学质量.首先基于衍射光学理论计算衍射面的衍射效率,利用ZEMAX光学设计软件得到衍射面及非球面的光学参数,继而利用MATLAB模拟仿真软件模拟衍射面位相结构及实际表面轮廓,最后利用单点金刚石超精密车床对所设计的人工晶体进行加工,根据实测光学调制传递函数分析所设计的人工晶体的光学质量并利用实测离焦量曲线验证附加光焦度的正确性.该设计满足光学调制传递函数在空间频率50lp/mm处大于0.3,可为白内障患者在不同距离视物提供较好的视觉清晰度.新型人工晶体应用于物距为75.3cm的工作距离,为小附加光焦度人工晶体应用领域提供理论及实验基础.     

光学系统的光焦度

光焦度是几何光学中非常重要的物理量，但国内外教材都没有给光焦度以普遍的科学定义．本文将利用光角的概念，在普遍情况下科学地定义光学系统的光焦度，并在特殊情况下证明焦距与光焦度的普遍关系，从而计算任意先学系统的光焦度和焦距．     

基于权重函数优化的渐进多焦点镜片设计

探究渐进多焦点镜片间接法设计中权重函数和平均曲率分布对镜片光焦度和像散的影响。设计了两组权重函数分布以及平均曲率分布,提出了根据符合度矩阵重置镜片权重分布的优化方法。在相同参数下计算出5组具有不同权重函数和平均曲率分布的渐进多焦点自由曲面面型。对镜片进行加工和评价测量,实验结果表明：权重函数的形状、面积以及权重值的不同,可对镜片光学性能带来不同方面的优化,且权重函数和平均曲率分布共同影响镜片的光焦度和像散分布。     

高次非球面眼镜片设计

提出了按照市场要求设计非球面眼镜镜片的方法。通过把相对畸变、光焦度、散光、减薄量作为优化函数和使用简单有效的高次回转对称非球面方程来描述面形,设计出了高次非球面眼镜片,设计出的非球面镜片的边缘减薄量接近0.4mm,相对畸变在0.2%以内,光焦度和散光分布均匀。结果表明,该镜片在满足成像要求的同时也满足了市场要求。     

连续变焦系统的一阶结构设计方法研究

机械补偿变焦系统一阶结构设计的核心问题是确定各组元的光焦度和各组元的间隔。为了减少设计时对经验的过多依赖,提出了一种连续变焦光学系统一阶结构优化设计方法。以各组元的光焦度和间隔为优化变量,构造不同变焦位置的运动方程,以像面稳定、系统总长和Petzval场曲作为评价函数,用粒子群优化算法寻找多维约束空间的最优解。为了验证该方法,优化设计了一个10~100 mm变焦范围的一阶结构。为机械补偿变焦系统一阶结构的求解提供了一种新思路。     

基于三组元可调光焦度器件的变焦光学系统设计

采用矩阵光学理论分析三组元可调光焦度器件的变焦系统的一阶属性，得到了基于系统放大率的光焦度控制方程。结合三组元系统初始参数并以系统球差最小为目标，对其进行了初始结构设计，得到了透镜形状参数的控制函数，然后进行光焦度和像质评价验证计算，最后对设计实例进行了归化对比验证。验证结果表明:对球差最小优化值的求解可信，设计方法为采用可调光焦度器件设计变焦系统提供了参考。     

渐进自由曲面镜片光学性能仿真方法研究

提出了一种渐进自由曲面镜片的光学性能仿真方法,能够在镜片的设计阶段对镜片的光焦度和散光分布进行仿真分析。采用双三次样条曲面拟合法,通过计算自由曲面镜片面型离散点数据局部点云拟合曲面的函数,得到曲面上各点的主曲率,进而得到渐进自由曲面镜片的光焦度和散光分布。结果显示仿真方法得到的镜片光焦度和散光分布图与基于莫尔偏折法原理的FFV软件仿真和实际加工得到镜片的测量结果相类似。     

渐进环焦自由曲面镜片设计

提出一种渐进环焦自由曲面镜片设计,从周边离焦防控及光焦度渐变的角度出发构建一个多焦点镜片。在镜片的中心部位形成有一个圆形的中心定焦区,在外周形成多个环形的周边定焦区,镜片的光焦度沿着镜片子午线及镜片水平轴按设定的光焦度高阶多项式从内至外渐变;依据相邻定焦区边缘点切平面重合的原则,由内至外依序计算各个定焦区后表面上所有点的矢高,再根据所有定焦区后表面的所有点的矢高数据生成镜片后表面。与传统非球面镜片仿真结果对比,表明渐进环焦自由曲面镜片光焦度和散光符合理论设计要求,符合正常人眼在看物体时眼球的调节功能,镜片边缘也较薄,镜片的棱镜度也较小。设计为渐进多焦点自由曲面镜片提供了一种新的途径。     

基于曲率变化的内非球面镜片设计方法研究

探究在基于曲率变化的非球面镜片设计过程中,镜片中心到边缘的光焦度变化多项式和加光度大小对镜片光学性能的影响。分别利用四阶、六阶和八阶多项式实现非球面镜片从中心到边缘的光焦度变化,采用不同加光度对光焦度进行设计,对同种中心光度下不同多项式和不同加光度设计的非球面镜片进行仿真,分析其光焦度和散光分布图。仿真结果表明,不同的多项式阶数和加光度值对非球镜片的光焦度和周边像散分布有一定的影响;对比发现,对于不同光焦度的近视镜片采用合适的加光度并按照六阶多项式设计非球面镜片时,镜片的光学性能较好,且相对球面和Q-type非球面镜片,镜片的边缘厚度也实现得到了一定的减薄。     

全息照相中单浴液的应用

本文给出一种能够将全息干板显影定影一次完成的单浴液配方,并将该单浴液用于全息照相的干板处理中。     

反射式光纤位移传感器数学模型的优化

提出一种基于改进的遗传算法的反射式光纤位移传感器数学模型优化方法.举例说明了该方法的应用,并将其与传统的Causs-Newton优化方法进行比较.结果表明,用改进的遗传算法优化反射式光纤位移传感器的数学模型具有速度快、精度高的优点,且不像传统优化方法要求有一充分接近最优点的初值.优化后的传感器数学模型能较好地反映传感器的实际特性.     

X43高超声速飞行器的飞行热走廊研究

建立飞行器的热走廊物理模型和求解方法对于设计飞行器防热结构、确定飞行轨道和优化气动外形等均有重要的工程应用价值,本文对X43高超声速飞行器的飞行热走廊的物理含义进行了分析,初步建立了飞行热走廊的物理模型,给出了该物理模型下飞行热走廊的控制方程和求解方法,通过对X43高超声速飞行器典型位置的飞行热走廊的计算,研究了高超声速飞行器的热走廊规律和特征,研究了防热材料的性能对飞行走廊的限制,明确了防热材料的关键防热参数,通过研究发现: (1)防热材料的发射系数越大,其对应的热走廊越宽阔,飞行轨道的选择余地也越大; (2)不同位置、不同流态对应的热走廊边界不同,推迟转捩发生可以增加热走廊区域,有利于防热.     

外遮光罩工程分析及其结构动力优化

本文利用有限元方法对某遮光罩进行了静力、动力及热应力分析,提出了改善遮光罩瓶颈环节的有力措施-结构优化设计的最大刚度化。本文以结构基频的最高化为优化目标函数,对遮光罩进行了动力优化设计,设计结果对遮光罩的基频有一定的提高,并降低了遮光罩在发射升空过程中的最大冲击应力。     

三维跨音速压气机叶栅多目标气动优化设计

提出了一种多目标差分进化算法(MDE),典型函数试验结果表明该算法具有优秀的多日标寻优能力,满足多目标气动优化设计的要求.耦合并行多目标差分进化算法、三次B样条曲面造型方法和CFD求解技术,提出了新的轴流式叶轮机械叶栅三维多目标气动优化设计方法.选择等熵效率和总压比为目标函数,完成了NASA Rotor37转子叶栅的多目标气动优化设计.优化后叶栅的气动性能明显提高,表明该方法具有良好的优化性能和应用前景.     

卡塞格林反射系统结构动态优化设计

本文对卡塞格林系统在焦平面上的衍射效应进行了分析,并采用有限元素光线追踪法对衍射效应进行了计算.据此,本文提出了以该衍射效应作为卡塞格林反射系统结构优化设计的目标函数,该方法具有直观和量化的优点.采用该方法对大口径反射系统结构的设计具有一定的实际意义.     

二级树状管路的优化分析

本文讨论了Y型二级管路分别在占地面积、体积以及占地面积、表面积约束下的最优管径比、最优管长比、最优分岔角度。优化方法采用拉格朗日乘子法和虚功原理方法。通过分析发现;最优树状管路的结构参数随约束条件和流动状态的变化而变化.这意味着对层流流动和湍流流动的情况,树状结构最优参数会表现出差异。本文的忧化结果为不同情况下的树状结构设计提供了基本参考。     

叶型优化在非定常流动条件下效果的数值分析

本文对叶型优化在非定常流动条件下的效果进行数值研究。叶型优化基于比较成熟的在定常流动条件下的反问题解法，非定常流动则考虑到动静叶栅之间的相互作用，非定常流动的求解在Ｎ－Ｓ方程的基础上采用分区计算的方法来完成。数值计算的结果表明，定常流动条件下优化得到的叶型在非定常流动条件下同样具有较好的气动性能。     

响应面方法在叶片扩压器优化设计中的应用研究

本文应用响应面方法完成了某叶片扩压器的优化设计。通过改变叶片数和出口安装角构造扩压器,进行CFD分析,建立样本数据。基于不同的样本数,用响应面方法寻求的最佳设计点在大致相同的区域,而且与CFD分析结果相比误差很小。表明,响应面方法可以通过较少的样本准确拟合设计变量与响应变量的关系,在流体机械性能预测和多变量优化设计问题中有很好的应用前景。     

无箔二极管结构设计研究

用数值计算方法研究了无箔二极管中几何结构参量对束流的影响，得出了无箔二极管结构参数选择的部分规律，同时又结合实际给出了一个无箱二级管模型的最佳组合参数．