[发明专利]超声速气动透镜生成装置及生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及透镜领域，具体而言，涉及一种超声速气动透镜生成装置及生成方法。

背景技术

飞行器在大气中做高速飞行时，与来流相互作用形成了复杂流场结构，特别是在超声速飞行时，激波、膨胀波、湍流边界层等结构，导致其周围密度场发生变化，相应的折射率场在时间和空间上呈现出明显的不均匀性。当观察目标的光线穿过这样的折射率场时，会产生光线偏折、相位畸变或者成像散焦，光学系统接收到的将是受到扰动的目标图像，这将大大影响其探测、识别和跟踪目标的能力，直接或间接影响了飞行器各方面的性能。

传统的光学透镜无法避免非预期的气动光学效应，不利于目标的观察，现有技术中，还有利用气动窗口技术的方案，气动窗口可以隔离激光腔和外界大气，获得特定的压差，是高能激光器的重要部件，然而，气动窗口无法获得特定的折射率分布流场，达不到特定的聚焦与发散的作用。

针对相关技术中的光学透镜由于气动光学效应产生光线偏折、相位畸变或者成像散焦而导致的不利于观察目标的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种超声速气动透镜生成装置及生成方法，以解决相关技术中的光学透镜由于气动光学效应产生光线偏折、相位畸变或者成像散焦而导致的不利于观察目标的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种超声速气动透镜生成装置，该装置包括：折射率调节装置，用于将具有不同折射率的气体介质混合得到所需折射率的气体介质；透镜喷管，与折射率调节装置连接，位于折射率调节装置的下游，用于将折射率调节装置混合得到的气体介质形成所需的气动透镜。

优选地，折射率调节装置包括：第一气源装置，用于提供折射率为第一折射率的气体介质；第二气源装置，用于提供折射率为第二折射率的气体介质；混合室，混合室分别与第一气源装置和第二气源装置连接，用于将第一气源装置提供的气体介质和第二气源装置提供的气体介质混合得到所需折射率的气体介质。

优选地，折射率调节装置还包括：流量控制器，与第一气源装置和第二气源装置连接，用于控制混合室中第一气源装置和第二气源装置提供气体介质的流量。

优选地，流量控制器包括第一流量控制器和第二流量控制器，其中，第一流量控制器与第一气源装置连接，用于控制混合室中第一气源装置提供气体介质的流量，第二流量控制器与第二气源装置连接，用于控制混合室中第二气源装置提供气体介质的流量。

优选地，第一折射率的气体介质为二氧化碳，第二折射率的气体介质为氦气。

根据本发明的另一方面，提供了一种超声速气动透镜生成方法，该方法包括：将具有不同折射率的气体介质混合得到所需折射率的气体介质；将得到的所需折射率的气体介质通过透镜喷管形成所需的气动透镜。

优选地，将具有不同折射率的气体介质混合得到所需折射率的气体介质包括：获取折射率为第一折射率的气体介质；获取折射率为第二折射率的气体介质；将第一折射率的气体介质和第二折射率的气体介质混合得到所需折射率的气体介质。

优选地，将第一折射率的气体介质和第二折射率的气体介质混合得到所需折射率的气体介质包括：通过流量控制器控制第一折射率的气体介质和第二折射率的气体介质的流量以得到所需折射率的气体介质。

优选地，流量控制器包括第一流量控制器和第二流量控制器，通过流量控制器控制第一折射率的气体介质和第二折射率的气体介质的流量包括：第一流量控制器控制第一折射率的气体介质的流量，第二流量控制器控制第二折射率的气体介质的流量。

优选地，通过以下步骤确定透镜喷管：确定所需的气动透镜的几何构型；根据所需的气动透镜的几何构型确定能够产生几何构型气动透镜的透镜喷管。

优选地，根据所需的气动透镜的几何构型确定能够产生几何构型气动透镜的透镜喷管的步骤包括：确定的所需的气动透镜的几何构型的外切圆或外切矩形；根据确定的外切圆或外切矩形获得具有外切圆或外切矩形的喷管流线；在确定的具有外切圆或外切矩形的喷管流线中追踪出几何构型气动透镜的透镜喷管壁面，确定透镜喷管。