浅析光学高空无人机载光学遥感器热控技术

论文导读：
摘要：随着科学技术的高速进展和近年来世界多次局部战争的促进，高空无人机载光学遥感器作为一种新型、有效的光电载荷，在航空遥感、测绘和军事侦察等领域得到了广泛运用。获得高分辨率、高质量图像是高空无人机载光学遥感器的最终目的。而高空航摄时，温度是影响遥感器成像质量的重要因素。温度变化会使光学体系离焦，并产生附加像差，导致成像质量变差；同时温度变化还会影响CCD器件的性能，影响成像质量。由此，如何使用热控技术稳定高空无人机载光学遥感器的温度水平，消除温度梯度对成像质量的影响是高空无人机载光学遥感器研制中的关键技术之一。本论文从装载在某型无人侦察机上，采取折射式光学体系的某高分辨率、长焦距航空光学遥感器为探讨对象，对遥感器中光学体系、CCD组件及光学窗口的热控技术进行了深入探讨。论文简要概述了无人侦察机和航空光学遥感器的进展近况及走势，分析了高空光学遥感器采取热控技术的必要性，结合国内外航空光学遥感器热控技术，总结了高空光学遥感器热控技术的特征。分析了该高空无人机载光学遥感器航摄工作时所处的外部环境及内部环境，建立了遥感器内部热交换模型及遥感器与外部环境热交换模型，对包括热传导、热对流及热辐射等因素进行了探讨，确定了热边界条件。对该光学遥感器以由温度变化造成折射率变化对光学体系的离焦量和焦距变化量的影响进行分析，从确定热控指标；对遥感器光学窗口进行热光学分析，从确定最佳玻璃厚度。针对该光学遥感器的结构特征，根据从被动热控为主，主动热控为辅的热设计原则，探讨分析了适用于高空低温、低压环境下的隔热材料、相变材料及加热装置等热控措施，完成了高空光学遥感器的热控案例设计。详细计算了遥感器与外界对流换热系数和气动热流密度等外边界条件，建立了高空光学遥感器的有限元热模型，对热控体系进行了热分析；分析结果表明热控案例满足体系要求。依据热平衡方程，对热控体系进行了灵敏度分析；分析结果表明：对流换热、内部热源及构件之间的热阻是影响高空光学遥感器透镜组件温差的主要因素。最后进行了模拟高空低温低压环境的热控试验和实际飞行试验，试验结果表明，热控案例正确、有效，满足了热控指标，并获得了稳定、清晰的高质量图像。关键词：无人侦察机论文航空光学遥感器论文光学窗口论文热设计论文热分析论文
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Abstract7-9
目录9-17
第1章 绪论17-29

1.1 无人侦察机的进展近况及走势17-21

1.2 航空光学遥感器的进展近况及走势21-23

1.3 高空光学遥感器热控技术的必要性23-26

1.4 高空光学遥感器热控技术的特征26

1.5 高空光学遥感器热设计技术路线26-27

1.6 论文的选题背景、探讨内容及作用27-29

第2章 高空无人机载光学遥感器热环境分析29-45

2.1 高空无人机载光学遥感器介绍29-31

2.

1.1 高空无人机载光学遥感器光学体系介绍29

2.

1.2 高空无人机载光学遥感器结构介绍29-31

2.2 内部热环境分析31-34

2.1 内部热交换模型31-33

2.2 内部热源33-34

2.3 外部热环境分析34-38

2.4 光学遥感器与外界环境的热交换模型38-43

2.4.1 与载机的传导换热39

2.4.2 与外界大气的对流换热39-41

2.4.3 气动热41-42

2.4.4 辐射传热42-43

2.5 本章小结43-45

第3章 高空无人机载光学遥感器热光学特性探讨45-55

3.1 热光学分析论述45-47

3.2 光学遥感器的热光学特性47-48

3.3 光学窗口的热光学分析48-52

3.1 光学窗口结构案例49

3.2 窗口玻璃的最小厚度49-50

3.3 光学窗口的热力耦合分析50-52

3.4 热控指标确定52-53

3.5 本章小结53-55

第4章 高空无人机载光学遥感器热设计55-83

4.1 任务分析55-56

4.2 高空无人机载光学遥感器热设计原则56-57

4.3 高空无人机载光学遥感器被动热控57-69

4.

3.1 包覆隔热层57-62

4.

3.2 表面发黑处理62

4.

3.3 光机结构材料匹配62-63

4.3.4 CCD 组件相论文导读：87-895.3有限元热模型89-905.4热边界条件及热耦合90-975.4.1对流换热90-915.4.2气动热91-935.4.3辐射传热935.4.4接触热阻93-965.4.5材料物理属性96-975.5热计算结果97-1015.5.1被动热控分析97-995.5.2主动热控分析99-1015.6灵敏度分析及参数确定101-1065.

6.1灵敏度分析101-1055.2主动热控对策105-1065.7本章

变热控63-69

4.4 高空无人机载光学遥感器主动热控69-80

4.1 光学体系主动热控70-72

4.2 关键电子器件主动热控72-73

4.3 光学窗口主动热控73-79

4.4 地面温度制约装置79-80

4.5 本章小结80-83

第5章 高空无人机载光学遥感器热仿真计算及灵敏度分析83-107

5.1 热分析论述83-87

5.2 热平衡方程87-89

5.3 有限元热模型89-90

5.4 热边界条件及热耦合90-97

5.

4.1 对流换热90-91

5.

4.2 气动热91-93

5.

4.3 辐射传热93

5.

4.4 接触热阻93-96

5.

4.5 材料物理属性96-97

5.5 热计算结果97-101

5.1 被动热控分析97-99

5.2 主动热控分析99-101

5.6 灵敏度分析及参数确定101-106

5.6.1 灵敏度分析101-105

5.6.2 主动热控对策105-106

5.7 本章小结106-107

第6章 高空无人机载光学遥感器热试验107-115

6.1 热试验分析107-108

6.2 热试验结果108-111

6.

2.1 无主动热控工况108-110

6.

2.2 有主动热控工况110-111

6.

2.3 分析与结论111

6.3 飞行试验111-113

6.4 本章小结113-115

第7章 结论与展望115-119

7.1 学位论文完成的主要探讨工作115-116

7.2 学位论文的创新点116-117

7.3 展望117-119

参考文献119-127
在学期间学术成果状况127-128
指导老师与作者介绍128-129
致谢129