大口径望远镜轻量化主镜背部热控系统的制作方法

本发明涉及大口径望远镜技术领域，具体涉及一种大口径望远镜轻量化主镜背部热控系统。

背景技术：

为了更好地进行外太空星系的探索、研究宇宙的形成以及辅助人类在地球外层空间的活动，需要望远镜具有更高的衍射极限分辨率、更强的集光能力、更远的探测能力。为了实现这一目标，望远镜需要更大口径的主镜。然而随着望远镜主镜口径的增加，主镜的质量也越来越大，一方面会导致主镜的安装装调、变形控制和运动控制等变得十分困难，另一方面由于热惯性的增加而带来的一系列热问题也愈加明显。

望远镜主镜作为望远镜系统中关键的光学元件，对望远镜的成像质量有着重要的影响，为了克服主镜视宁度及主镜自身温度梯度所产生的热变形对望远镜成像质量的影响，对望远镜主镜温度进行合理地控制显得十分必要。针对这种情况，对于口径超过4m的望远镜主镜，除了采用传统常用的隔热、散热、涂镀等被动热控方式外，还可以对望远镜主镜进行主动热控。一般通过主动热控的形式，可以将望远镜主镜与环境的温度差控制在-1.6℃～+0.8℃，以减少主镜温度过高所导致的主镜视宁度的影响。

技术实现要素：

为了解决大口径望远镜轻量化主镜背部热控中冷空气的冷却循环动力问题以及与主镜换热后空气的制冷热交换问题，本发明提供一种大口径望远镜轻量化主镜背部热控系统，以满足望远镜主镜的热控指标要求。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的大口径望远镜轻量化主镜背部热控系统，包括位于主镜室内部的热控风机装置、间隔分布在轻量化主镜的主镜室板上的多个空气喷嘴，多个空气喷嘴与轻量化主镜上的多个轻量化孔一一对应相通，所述热控风机装置包括：

轴流风扇；

固定在轴流风扇上的热交换器；

四个安装角板；

每个安装角板两边均固定有一个圆柱减震橡胶；

通过固定在安装角板短边的四个圆柱减震橡胶与热交换器固连的热交换器风道过渡管；

四个固定吊杆，每个固定吊杆均通过固定在安装角板长边的圆柱减震橡胶与安装角板固连；

一一对应固定在四个固定吊杆端部的四个吊杆过渡板，四个吊杆过渡板与主镜室的主镜室板相连；

与热交换器风道过渡管固连的柔性波纹管；

与柔性波纹管固连的镜室风道过渡管，所述镜室风道过渡管后端面固定在主镜室的主镜室板上，且镜室风道过渡管与轻量化主镜的中心通孔相通。

进一步的，每侧的两个固定吊杆均通过加强板连接，通过加强板实现加强作用。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用轴流风扇和热交换器巧妙组合成热控风机装置，将望远镜主镜热控的前两个热交换过程通过热控风机装置完美的融合，在控制冷空气温度的同时为冷空气的循环提供动力，使冷空气充分换热，最终利用热交换器中的冷却液直接将望远镜主镜的热量带走，实现对望远镜主镜的热控。

2、为了防止轴流风扇的振动传递到望远镜主镜上，本发明采用隔振技术，主要是通过圆柱减震橡胶隔离安装固定时产生的振动，通过柔性波纹管隔离风道上产生的振动，使振动减小。

3、本发明结构简单、安全可靠，能够很好的节约能源，运行成本低。

附图说明

图1为本发明中的热控风机装置的立体结构示意图。

图2为本发明中的热控风机装置的主视图。

图3为本发明的原理示意图。

图中：1、轴流风扇，2、热交换器，3、圆柱减震橡胶，4、安装角板，5、加强板，6、固定吊杆，7、吊杆过渡板，8、柔性波纹管，9、镜室风道过渡管，10、热交换器风道过渡管，11、主镜室，12、主镜室板，13、轻量化主镜，14、上气压室，15、下增压室，16、空气喷嘴，17、热空气，18、冷空气，19、柔性密封，20、热控风机装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至3所示，本发明的一种大口径望远镜轻量化主镜背部热控系统，主要包括热控风机装置20以及多个空气喷嘴16。

如图1和图2所示，本发明中的热控风机装置20主要包括：轴流风扇1、热交换器2、八个圆柱减震橡胶3、四个安装角板4、两个加强板5、四个固定吊杆6、四个吊杆过渡板7、柔性波纹管8、镜室风道过渡管9、热交换器风道过渡管10。

轴流风扇1通过螺钉固定在热交换器2前端。热交换器风道过渡管10前端的方形法兰盘通过四个圆柱减震橡胶3和四个螺母与热交换器2后端夹持连接，圆柱减震橡胶3用于隔离热交换器2与热交换器风道过渡管10之间的振动。安装角板4是一种L形安装板，连接热交换器风道过渡管10与热交换器2的四个圆柱减震橡胶3后端均通过螺母一一对应固定在四个安装角板4短边上。另外四个圆柱减震橡胶3一端均通过螺母一一对应固定在四个安装角板4长边上，这四个圆柱减震橡胶3另一端分别通过螺母连接有四个固定吊杆6。热交换器2与固定吊杆6之间通过圆柱减震橡胶3和安装角板4进行隔振连接。

每侧的两个固定吊杆6均通过加强板5连接进行加强。四个吊杆过渡板7一一对应固定在四个固定吊杆6端部，这四个吊杆过渡板7直接与主镜室11的主镜室板12相连。柔性波纹管8前端与热交换器风道过渡管10后端固定相连，柔性波纹管8后端与镜室风道过渡管9前端固定相连，柔性波纹管8用于隔离风道上产生的振动。镜室风道过渡管9后端固定在主镜室11的主镜室板12上，并且镜室风道过渡管9与轻量化主镜13的中心通孔相通。

如图3所示，本发明中的热控风机装置20安装在主镜室11内部，多个空气喷嘴16间隔分布在轻量化主镜13的主镜室板12上，多个空气喷嘴16与轻量化主镜13上的多个轻量化孔一一对应相通。

本发明的一种大口径望远镜轻量化主镜背部热控系统，包括以下三个热交换过程：

第一个热交换过程：轻量化主镜13通过对流换热或者辐射换热的形式将热量传递给冷空气18或者冷却板；

第二个热交换过程：将轻量化主镜13传递过来的热量交换到热交换器2的冷却液中；

第三个热交换过程：热交换器2中的冷却液将热量排到远离望远镜台址的下风口。

如图3所示，上述具体的热交换过程如下：

主镜室11内的冷空气18通过多个空气喷嘴16进入轻量化主镜13的每个轻量化孔中，冷空气18以强迫对流换热的形式对轻量化主镜13镜面的下表面、周围的肋板和背板的表面进行冷却，对流换热后的热空气17通过轻量化主镜13上的多个轻量化孔流出进入上气压室14。

在本发明中的热控风机装置20的作用下，轴流风扇1将上气压室14中经过对流换热后的热空气17吸入热控风机装置20的的管道(依次吸入镜室风道过渡管9、柔性波纹管8、热交换器风道过渡管10后到达热交换器2中)，对其进行增压的同时经热交换器2对其冷却。

经过重新温度调节且增压的空气进入下增压室15，下增压室15中的冷空气18的增压是通过轴流风扇1实现的。

在下增压室15与上气压室14的压强差作用下，冷空气18重新进入空气喷嘴16并重复上述过程。

本实施方式中，轴流风扇1采用德国ebmpapst公司的风机4114NH5。

本实施方式中，热交换器2采用美国Lytron公司的热交换器6105。

本实施方式中，安装角板4采用NR橡胶材料或SBR橡胶材料制成。

本实施方式中，加强板5采用铝合金制成，如2A12。

本实施方式中，固定吊杆6采用铝合金制成，如2A12。

本实施方式中，吊杆过渡板7采用铝合金制成，如2A12。

本实施方式中，柔性波纹管8采用铝箔管。

本实施方式中，镜室风道过渡管9采用铝合金制成，如2A12。

本实施方式中，热交换器风道过渡管10采用铝箔管。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。