太阳望远镜热分析太阳源模拟方法与流程

本发明涉及热分析中热源模拟方法，具体涉及太阳望远镜热分析中太阳热源的模拟。

背景技术：

太阳是距离地球最近的恒星，太阳活动严重影响了人类的日常活动，因此，对于太阳的研究和人类生活息息相关，地面的太阳望远镜观测受大气和天气影响，并且只能在白天进行观测，因此，为了摆脱这些限制，提出了空间太阳望远镜的概念，从而可以实现太阳的连续观测，不管是地面太阳望远镜还是空间太阳望远镜，太阳均要求进入观测视场，因此，太阳望远镜的热分析是非常重要的。

对于一般的望远镜来说，在观测时会避免太阳进入观测视场，太阳仅仅作为热源，在热分析时可以将太阳作为一个无穷远的点源(平行光)，这对于普通的望远镜热分析精度已经足够，因此，一般的热分析软件中将太阳定义为一个无穷远的点源；而对于太阳望远镜来说，太阳作为观测目标，是必须进入观测视场的，此时如果继续将太阳作为无穷远的点源进行分析的话，热分析的误差就会很大，主要体现在平行光对太阳望远镜镜筒的温度影响较小，而实际的太阳光视场为32′，对太阳望远镜的镜筒温度影响明显，进而通过热传递造成镜面温度发生变化，影响太阳望远镜的性能，因此，为了解决太阳望远镜热分析中太阳源的模拟特提出了本发明。

技术实现要素：

本发明主要解决太阳望远镜热分析中的太阳模拟源问题，提供一种可以满足太阳望远镜热分析的模拟太阳源的方法。

本发明的解决方案如下：

该太阳望远镜热分析太阳源模拟方法，包括

步骤一：模拟太阳源目标的实际视场32′

确定模拟太阳源为面光源，根据太阳望远镜的通光口径D和模拟源距入瞳的距离L，按照下式计算实际模拟太阳源的直径；

Ds＝D+2L×tan(α)

其中，α为16′；

步骤二：确定模拟太阳源的辐射强度

1)将模拟太阳源的辐射面设置成漫射表面，即模拟太阳源均匀地向半球空间各个方向发出辐射强度；

2)将漫射表面的光谱设置成太阳光谱；

3)计算辐射角系数

模拟太阳源的辐射面对太阳望远镜入瞳面的角系数X₁₂定义为模拟太阳源的辐射面直接投射到太阳望远镜入瞳面上的能量Φ_1→2占模拟太阳源的辐射面辐射能量Φ₁的百分比，即：

其中，A₁为模拟太阳源的面积，A₂为太阳望远镜入瞳面面积，r为模拟太阳源微元面dA₁中心与太阳望远镜入瞳微元面dA₂中心连线长，θ₁为连线与太阳模拟源微元面法线的夹角，θ₂为连线与太阳望远镜入瞳微元面法线的夹角；

4)反推出模拟太阳源的辐射强度

假定太阳常数为S，则反推出模拟太阳源的辐射强度：

即完成太阳望远镜热分析中对太阳热源的模拟。

上述步骤一中，模拟源距入瞳的距离的较佳设定为L>100D。

上述步骤二中，太阳常数S与太阳望远镜与太阳之间的距离d有关，可按照下式计算：

其中，q为常数，3.826×10²⁶W。

本发明的有益效果如下：

能够满足太阳望远镜热分析时对太阳源的有效模拟，可用于地面太阳望远镜或不同轨道空间太阳望远镜热分析中太阳的模拟。

附图说明

图1为本发明模拟太阳源目标示意图。

图2为辐射角系数计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，模拟太阳源分析系统中包括模拟太阳源1和太阳望远镜入瞳2。

结合图1和图2，本发明提供的太阳望远镜热分析模拟太阳源方法，采用以下步骤：

步骤一：模拟太阳源目标的实际视场32′

首先，确定模拟太阳源为面光源，根据太阳望远镜的通光口径D，模拟源距入瞳的距离L，可以计算实际模拟太阳源的直径，计算公式如下：

Ds＝D+2L×tan(α)

其中，α为16′。

同时，为了使模拟太阳源在分析中更加准确，一般要求L>100D。

步骤二：确定模拟太阳源的辐射强度，具体包括：

1)将模拟太阳源的辐射面设置成漫射表面，即模拟太阳源均匀地向半球空间各个方向发出辐射强度；

2)按照太阳光谱设置漫射表面的光谱。

3)计算辐射角系数。

模拟太阳源的辐射面对太阳望远镜入瞳面的角系数X₁₂定义为模拟太阳源的辐射面直接投射到太阳望远镜入瞳面上的能量Φ_1→2占模拟太阳源的辐射面辐射能量Φ₁的百分比，即：

4)反推出模拟太阳源的辐射强度。

假定太阳常数为S，那么，可以反推出模拟太阳源的辐射强度：

对于太阳常数，与太阳望远镜和太阳之间的距离d有关，其计算方法为：

其中，q为常数，3.826×10²⁶W。

通过上面二个步骤，可以确定最终的模拟太阳源，可用于地面太阳望远镜或不同轨道空间太阳望远镜热分析中太阳的模拟。