[发明专利]适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置

说明书

适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，涉及太阳模拟技术领域，解决现有光学积分器的能量利用率低，且由于积分器截留的能量增加，造成了能量浪费，导致太阳模拟器技术指标降低等问题，包括在光学积分器安装板的中心开设有第一光学积分器镜组的接口，在第一光学积分器镜组的接口的周围均布多个第二光学积分器镜组的接口，第一光学积分器镜组的接口与每个第二光学积分器镜组的接口之间以及相邻第二光学积分器镜组的接口之间设有水冷通道；在安装板的外侧设置多个入水口水冷接头和多个出水口水冷接头，相邻第二光学积分器镜组的接口之间的水冷通道分别与入水口接头和出水口接头连接。本发明大大的降低了水冷通道加工难度。

技术领域

本发明涉及太阳模拟技术领域，具体涉及一种适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置。

背景技术

太阳模拟技术领域的发展与我国空间科学的发展密切相关。太阳模拟器是在室内模拟在不同大气质量条件下太阳光辐照特性的一种试验或定标设备,多用于空间飞行器的地面环境模拟试验，已经成为我国空间科学中在地面进行空间环境模拟试验研究的重要组成部分,为航天器提供与太阳光谱分布相匹配的、均匀的、准直稳定的光辐照。光学积分器装置是太阳模拟器中的核心部件，是实现输出光束均匀化的关键所在。

光学积分器是太阳模拟器的关键部件，也处于太阳模拟器系统中能量最为集中的位置，对于小功率太阳模拟器来说，强制风冷即可满足太阳模拟器的散热需求，但对于大功率太阳模拟器来说，光学积分器需要高压水冷的冷却方式,部分高能量系统还要配以强制风冷、液氮冷却等外部冷却方式。

大功率太阳模拟器装置的光学积分器设计，欧空局的WSA/TVA太阳模拟器的光学积分器比较典型，光学积分器包括入水口、水冷通道、光学积分器安装板、元素透镜和出水口，外部冷却机构。具体结构关系是，光学积分器安装板是整体光学积分器的支撑基础，在其上为元素透镜预留安装接口，通过与元素透镜固连形成太阳模拟器中光学积分器的光束通道；同时在安装接口之间置有通水沟槽，通过加工形成密闭的水冷通道。水冷通道分别与入水口和出水口固连，入水口、水冷通道和出水口形成了光学积分器整体的水冷结构，配以外部冷却，形成整体的系统冷却。其原理为：太阳模拟器中从光源发出的光经过聚焦后到达光学积分器，形成能量集中的光束，一部分光通过元素透镜的光学通道及后续光学系统到达辐照面，为有效通光；另一部分则被光学积分器截留，使得光学积分器温度升高，入水口、水冷通道和出水口所构成的水冷系统，通过内置水的循环，将光学积分器所截留的这部分能量，以热能的形式带走，使得光学积分器的温度不至于过高而失效。

但上述技术方案存在的主要问题为：有效通光口径占总通光口径比率较低，即光学积分器的能量利用率较低。一方面使得积分器截留的能量增加，提高了冷却压力，另一方面造成了能量浪费，使得到达最终辐照面能量的减少，降低了太阳模拟器的技术指标；各元素透镜之间的间隔对能量利用率影响较大，为了尽可能的提高能量利用率，则各元素透镜之间间隔势必会很小，大大增加了水冷通道的加工难度。

发明内容

本发明为解决现有光学积分器的能量利用率低，且由于积分器截留的能量增加，提高了冷却压力的同时造成了能量浪费，导致太阳模拟器技术指标降低等问题，提供一种适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置。

适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，包括在光学积分器安装板的中心开设有用于安装第一光学积分器镜组的接口，在所述第一光学积分器镜组的接口的周围均布多个第二光学积分器镜组的接口，所述第一光学积分器镜组的接口与每个第二光学积分器镜组的接口之间以及相邻第二光学积分器镜组的接口之间设有通水沟槽，并将所述通水沟槽加工形成密闭的水冷通道；

在所述光学积分器安装板的外侧设置多个入水口水冷接头和多个出水口水冷接头，所述入水口接头和出水口接头间隔设置；

所述相邻第二光学积分器镜组的接口之间的水冷通道分别与入水口接头和出水口接头连接。