大口径宽波段高能激光发射窗口的设计与测试

由于大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长,晶体窗口难于满足使用要求,本文设计了一套用于发射系统的快门式机械窗口。该机械窗口由防尘罩压紧机构和防尘罩的驱动机构两部分组成。压紧机构通过丝杠、钢丝绳和同步带等传动方式实现单电机驱动多目标同步运动,利用柔性铰链补偿安装误差。采用柔索的非线性分析法和积分原理求解了防尘罩的风压载荷与锁紧机构所需的压紧力间的解析关系,通过逆推法建立了正压风载与电机负载扭矩间的解析表达式。根据电机的矩频特性计算了机构的转速范围和防尘罩能承受的最大风载。实际测试表明,电机输出扭矩达到0.34Nm时,防尘罩可以抵御10m/s风载作用,开启与关闭的最小时间稳定在3s左右,正压风载与电机负载间表达式的计算误差不超过15%,窗口的运行可靠,符合设备使用要求。

大口径激光发射窗口拼接方法研究

针对宽波段高能激光发射窗口口径大,单片ZnSe镜片无法满足使用要求等情况,提出了一种发射窗口的拼接方案。依据设备实际受力情况,对窗口的强度进行分析和计算,使窗口的设计更加合理可行。通过分析设备的工作环境确定窗口边界条件,并进一步利用有限元软件详细分析了激光发射窗口在力-热耦合作用下的镜面变形,用Zernike多项式对窗口内外表面的变形进行拟合,求出窗口在力-热耦合作用下面形变化的Zernike表达式。利用Matlab软件,从光束发散角变化量、衍射极限倍率β值和环围能量比RBQ值三个角度,来分析激光发射窗口在复杂工作环境下工作时对激光束的影响。结果表明,拼接窗口可以大大降低窗口的质量和成本,而且对激光束的影响较小,符合设备使用要求。

机械式激光窗口结构设计与防尘罩抗风载能力研究

针对高能激光发射装置使用环境恶劣,工作间歇时间长等特点设计了机械式快速密闭窗口,窗口包含压紧机构和密封机构两部分,选用同步带作为防尘罩收放机构,设计三连杆机构作为压紧装置。利用薄板大挠度变形原理建立防尘罩挠曲变形量、密封压力与正压风载之间的评估模型,以中心挠度为摄动参数,用摄动法求解模型,获得防尘罩最大抗风载能力与电机输出扭矩和密封圈参数三者之间的对应关系,分别利用有限元和实验测试验证评估模型的准确性,依据解析结果优化压紧机构。实际测试表明,对于600 mm口径的激光发射装置,防尘罩挠曲变形不超过7 mm时,评估模型求解误差不超过6%,当防尘罩厚度为1.2 mm时,窗口可以抵御20 m/s以下的风沙侵袭,最大抗风载能力和评估精度均明显优于现有技术和装备,有效提高了激光发射装置环境适应能力,降低了因环境因素导致的激光烧蚀,提高了激光发射装置的使用寿命。

大口径快速密闭窗口的设计及测试

针对大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长,晶体窗口无法满足使用要求等情况,为发射系统设计了一套快门式机械窗口。该机械窗口采用聚氯乙烯(PVC)薄板作为防尘罩,利用弹簧和密封环组成半固定式滑槽,采用步进电机驱动。利用圆形薄板的大挠度变形原理,建立了防尘罩挠曲变形量与正压风载间的非线性微分方程;以中心挠度为摄动参数用摄动法求解微分方程,获得防尘罩挠曲变形量与风压载荷间的关系,并进一步求出电机的负载扭矩。由于电机的输出扭矩是一定的,为了使防尘罩抗风载能力达到最大,利用电机负载与防尘罩挠曲变形量间的解析关系式进一步优化了防尘罩的弯曲刚度。实际测试结果显示,防尘罩挠曲变形量的求解误差不超过15%;当防尘罩弯曲厚度为0.8mm时,防尘罩可以抵御12m/s风载作用,电机负载扭矩为0.34Nm;开启与关闭的最短时间小于3s,窗口运行可靠,符合设备使用要求。