基于相同参数抛物镜面旋转阵列的太阳能槽式聚光器聚焦特性研究

针对吉林一号某轻型空间遥感相机的任务需求，以碳纤维复合材料的薄壁筒与桁架杆一体式成型为设计思路，基于拓扑优化、尺寸优化以及铺层优化设计了一种高稳定性的次镜支撑结构。工程分析和实验结果表明一体式碳纤维次镜支撑结构具有较好的结构稳定性，整体质量仅为1.3 kg,其在轨成像质量良好，这进一步验证了一体式碳纤维次镜支撑结构的可靠性和设计方法的正确性。     

基于相同参数抛物镜面旋转阵列的太阳能槽式聚光器聚焦特性研究

提出了一种基于相同抛物镜面单元旋转阵列的低成本新型槽式聚光器。采用光线跟踪方法建立了该聚光器的光学分析模型,并详细研究了镜面焦距（f）、镜面宽度、平面接收器位置、旋转阵列半径（R₁）和旋转阵列数量（N）等关键参数对其聚光性能的影响规律,为其设计与应用提供了重要依据。研究结果表明：新型槽式聚光器能很好地汇聚太阳光能,并且它不同于传统抛物槽式聚光器将平行光汇聚于某点,而是有所“分散”地进行汇聚,具备实现平面接收器上均匀聚焦能流分布的潜力;聚焦光斑的合理接收位置会随旋转阵列半径的改变而变化,通常接收器位于旋转阵列半径的一半位置是合适的,但要获得最小聚焦光斑则需将其下移150～200 mm;聚焦光斑宽度随镜面编号呈指数增大关系,特别是当镜面宽度较大且旋转阵列半径较小时;旋转阵列半径越大或镜面宽度越小,聚焦能流分布越集中且峰值聚光比越大（算例中已达到50）,此时聚焦能流基本呈高斯分布特征。此外,采用较小旋转阵列半径可降低接收器的安装高度并改善能流均匀性。在算例中,当f=8000 mm、R₁=4000 mm、N=5且接收器位于1830 mm位置时,聚焦光...     

基于结构特征及镜面单元安装误差的碟式聚光器聚焦分析

提出了一种外域包络和网格识别的光线追踪离散方法。将镜面单元安装误差等效为刚体的空间旋转运动,基于光线追踪法推导了引入安装误差后的镜面反射聚光模型,同时结合镜面面型误差以及跟踪误差等影响因素,建立了更为全面的聚焦能流分布数学模型。编制了Matlab程序,在验证数学模型正确性的基础上,以25kW聚光器为对象分析了结构特征及尺寸、镜面单元安装误差等对焦平面能流分布的影响。结果表明,镜面单元安装误差对聚焦能流密度峰值及分布特征影响显著,而结构特征及尺寸对其影响较弱,可适当增大透风间隙来改善抗风性能。所建立的数学模型能为聚光器镜面单元安装以及吸热器匹配设计等提供参考。     

对称型太阳能聚光集热系统吸热器能流分布的运动累加计算方法EI北大核心CSCD

基于太阳能聚光集热系统的几何对称特性,提出一种运动累加方法来计算吸热器的能流密度分布。采用光线跟踪方法,推导了吸热器表面能流分布的运动累加数学模型,此模型可以将光线跟踪过程转换为旋转运动或平移运动,避免大量求解光线与吸热器曲面的联立方程组。在Visual C++平台编制运动累加程序,计算了典型的碟式和槽式系统配置不同吸热器的能流密度分布,并与文献对比验证了该方法的正确性。结果表明,在碟式—腔式吸热器中,跟踪光线6.10×108根需112s,在结果符合的情况下可跟踪光线9.648×107根,这样仅需16s。运动累加方法的计算过程较简单,且具有一定的计算效率,可以为对称特征的聚光集热系统参数协同优化提供一定参考。     

服役载荷与结构参数对塔式太阳能定日镜光学精度的影响

以典型的20 m2小型定日镜为对象,采用光-机集成建模方法,研究了自重和风载荷联合作用下定日镜的服役光学精度特性,综合考虑了定日镜工作高度角、风压大小和关键结构参数的影响。结果表明,沿镜面横向的斜率误差分量Dx要明显大于沿其竖向的Dy,螺栓数量N增加对Dx影响不显著,但能显著减小Dy,反射镜面自身刚度弱是其服役光学精度下降的主要原因;机架中角钢型材的边长a在30～50 mm之间对光学精度影响较小,但厚度t对光学精度的影响较为显著。定日镜结构变形与镜面斜率误差均随着风压载荷的增加而线性增加,且不同高度角β下总镜面斜率误差变化曲线斜率基本一致;仅在自重作用下,高度角0°～90°内总斜率误差能控制在1.45 mrad以内;镜面变形与其斜率误差分布规律完全不同,镜面斜率误差与镜面变形之间并非呈线性正比关系,采用光学精度进行评价或指导定日镜结构优化设计是最佳途径。