專利名稱：一種用于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡溫度控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間探測、天文觀測等技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡溫度控制的方法。
背景技術(shù)：
為了解決大口徑反射鏡自身重力引起的鏡面變形問題和反射鏡自身溫度梯度問題，蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡(簡稱蜂窩輕質(zhì)鏡)已被廣泛應(yīng)用于天文觀測及空間探測等技術(shù)領(lǐng)域。蜂窩輕質(zhì)鏡一般主要由反射板、底板、內(nèi)外環(huán)、以及蜂窩層的筋板等五個(gè)部分組成。通常為了通風(fēng)需要在每個(gè)蜂窩單元的下方底板都加工有一個(gè)通風(fēng)孔，有些材料的蜂窩輕質(zhì)鏡甚至沒有所謂的底板。蜂窩輕質(zhì)鏡已被廣泛應(yīng)用于空間探測儀器和天文觀測儀器。在一些比較惡劣的工作環(huán)境下，如果環(huán)境溫度在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)較快的上升或者下降，蜂窩輕質(zhì)鏡的溫度必然滯后于環(huán)境溫度。當(dāng)蜂窩輕質(zhì)鏡光學(xué)表面吸收外界輻射或者具有其它熱源時(shí)，蜂窩輕質(zhì)鏡的溫度就會高于環(huán)境空氣溫度。當(dāng)蜂窩輕質(zhì)鏡反射板溫度與環(huán)境溫度差達(dá)到一定量值以后，反射板附近的空氣出現(xiàn)溫度梯度和密度梯度，在重力和密度梯度的作用下，反射面附近將會形成較強(qiáng)烈的空氣擾動，當(dāng)目標(biāo)光經(jīng)過這層空氣湍流以后，形成復(fù)雜的光學(xué)像差從而影響觀測質(zhì)量，這一現(xiàn)象叫做鏡面視寧度(見PierreY. Bely “The Designand Construction of Large Optical Telescopes，，(New York Springer Press) 2002 :356-358)。為了減小鏡面視寧度的影響，應(yīng)該采取一定的措施使蜂窩輕質(zhì)鏡光學(xué)表面的溫度緊隨環(huán)境溫度的改變而改變。目前國外在大口徑天文望遠(yuǎn)鏡上已經(jīng)成功運(yùn)用通風(fēng)措施對望遠(yuǎn)鏡蜂窩輕質(zhì)鏡的視寧度進(jìn)行控制。AP03. 5米天文望遠(yuǎn)鏡蜂窩輕質(zhì)主鏡通風(fēng)方法為將通風(fēng)管道伸入蜂窩單元內(nèi)，通過風(fēng)機(jī)向外排風(fēng)，在大氣壓力的作用下，主鏡室外的空氣直接進(jìn)入蜂窩單元內(nèi)，新進(jìn)入的空氣和蜂窩單元內(nèi)壁發(fā)生對流換熱，實(shí)現(xiàn)利用主鏡周圍的自然空氣對蜂窩主鏡進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，使得主鏡溫度最大程度地接近于環(huán)境空氣溫度(見Edward J. Mannery, WalterA.Siegmund and M. ThomasHull “Design of the Apache Point Observatory 3.5mTelescope^SPIE Vol. 6281986 :390-396)。這種方法只能將主鏡周圍的自然空氣引入蜂窩單元內(nèi)對主鏡溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)環(huán)境溫度下降或者上升不是特別快的時(shí)候能夠起到較好的作用。但是當(dāng)周圍溫度上升或下降斜率非常大的時(shí)候，需要通過冷風(fēng)或者熱風(fēng)對主鏡實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，該方法就顯得無能為力了。MMT6. 5米天文望遠(yuǎn)鏡蜂窩輕質(zhì)主鏡通風(fēng)方法為利用一個(gè)大功率的鼓風(fēng)機(jī)，源源不斷的向通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)，空氣通過風(fēng)機(jī)后要經(jīng)過兩套熱交換系統(tǒng)，然后再進(jìn)入主鏡蜂窩單兀內(nèi)，最后通過管道排放到外界環(huán)境(見G. G. Williams, J. D. Gibson, S. Callahan,D. Blanco,J. T. Williams and P. Spencer^Performance and control of the MMT thermalsystem，，SPIE Vol. 5489 (SPIE, Bellingham, WA, 2004) :938-949)。WIYN3. 5 米天文望遠(yuǎn)鏡蜂窩輕質(zhì)主鏡通風(fēng)方法為在主鏡下面設(shè)計(jì)了一個(gè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)，通過風(fēng)機(jī)將蜂窩單元和底板下面的空氣抽出送給熱交換器，熱交換器對空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，然后在壓カ的作用下冷(熱)空氣通過管道進(jìn)入蜂窩單元內(nèi)，如此完成一個(gè)循環(huán)(見Larry W GobIe“Temperaturecontrol of the 3. 5-Meter WIYN telescope primarymirror” SPIE Vol. 1532,1991 161-169)。這兩種方法可以方便的調(diào)節(jié)進(jìn)入蜂窩單元的空氣溫度，實(shí)現(xiàn)對主鏡冷卻或加熱。但是由于風(fēng)機(jī)工作時(shí)自身會產(chǎn)生一部分熱量，經(jīng)過它的空氣相當(dāng)于先被風(fēng)機(jī)加熱了，然后再進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，這樣需要先監(jiān)測經(jīng)過風(fēng)機(jī)以后空氣的溫度，再調(diào)節(jié)熱交換器使空氣達(dá)到目標(biāo)溫度，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性加大了能量和資源的消耗。由于氣候的季節(jié)性變化，在某些エ況下，利用主鏡周圍的自然空氣就能夠?qū)崿F(xiàn)將主鏡溫度控制在理想范圍內(nèi)的時(shí)候，這兩種方法也必須使冷卻系統(tǒng)工作才能實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種新的用于蜂窩輕質(zhì)鏡溫度控制的方法，該方法能夠根據(jù)不同的エ況方便的調(diào)整熱交換器的工作模式，既能夠給蜂窩輕質(zhì)鏡蜂窩単元內(nèi)提供冷風(fēng)、熱風(fēng)，同時(shí)也能夠?qū)⒆匀豢諝夥奖愕囊敕涓C單元內(nèi)，適應(yīng)各種エ況環(huán)境，并且相對節(jié)省能源。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是ー種用于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡溫度控制的方法，其特點(diǎn)在于將多個(gè)熱交換器4排列在蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板8與風(fēng)箱5之間的空間9邊緣，并利用粘合劑密封所述多個(gè)熱交換器4、蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板8和風(fēng)箱5各部件之間的所有縫隙，這樣在壓カ差的作用下外部環(huán)境中的空氣只有通過熱交換器4才能進(jìn)入這個(gè)密封空間；從風(fēng)箱5上端引出多個(gè)風(fēng)管2，每個(gè)風(fēng)管2對應(yīng)著一個(gè)通孔3，每個(gè)通孔3上方都對應(yīng)著一個(gè)蜂窩単元11，每ー個(gè)風(fēng)管2都對應(yīng)的伸入其上方的蜂窩單元11內(nèi)部；風(fēng)箱5下端的風(fēng)管12連著風(fēng)機(jī)6，風(fēng)機(jī)6出ロ通過管道10將空氣排到室外；所述風(fēng)機(jī)6用來向外排風(fēng)，風(fēng)機(jī)6工作時(shí)，在空氣壓カ差的作用下，外部環(huán)境的空氣先經(jīng)過熱交換器4，當(dāng)熱交換器的工作狀態(tài)為加熱、冷卻或者不工作吋，空氣經(jīng)過熱交換器時(shí)被加熱、冷卻或者保持原始溫度，再通過蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板8與風(fēng)箱5之間的空間從底板通孔3進(jìn)入蜂窩單元11內(nèi)，與蜂窩單元11內(nèi)壁發(fā)生對流換熱，對蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡實(shí)現(xiàn)加熱、冷卻或者利用自然空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。在所述風(fēng)機(jī)6入風(fēng)ロ加一個(gè)閥門7，可以方便地調(diào)節(jié)風(fēng)箱5內(nèi)部風(fēng)速的大小，進(jìn)而改變管道2內(nèi)部的風(fēng)速大小，調(diào)節(jié)蜂窩單元11內(nèi)的對流換熱強(qiáng)度。所述風(fēng)管2的數(shù)量與蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板8的通孔3數(shù)量相同，且風(fēng)管2外徑橫截面積為通孔3橫截面積的一半。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于 (I)本發(fā)明能夠根據(jù)不同的エ況方便的調(diào)整熱交換器的工作模式，既能夠給蜂窩輕質(zhì)鏡蜂窩單元內(nèi)提供冷風(fēng)、熱風(fēng)，同時(shí)也能夠?qū)⒆匀豢諝夥奖愕囊敕涓C單元內(nèi)，調(diào)節(jié)蜂窩輕質(zhì)鏡的溫度，以適應(yīng)各種エ況條件下環(huán)境溫度的變化，控制鏡面視寧度。(2)本發(fā)明將熱交換器放置在整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的入風(fēng)ロ，當(dāng)環(huán)境溫度變化比較緩慢，可以利用自然空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的時(shí)候，本方法直接令熱交換器不工作即可自然空氣通過熱交換器，但是不被加熱或冷卻，實(shí)現(xiàn)利用自然空氣對蜂窩輕質(zhì)鏡進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，相對節(jié)省能源。
(3)本發(fā)明中的熱交換器在工作時(shí)直接對自然空氣進(jìn)行冷卻或者加熱，而不需要考慮風(fēng)機(jī)工作時(shí)自身發(fā)熱對空氣的影響，方便直接，可操作性強(qiáng)。


圖I為本發(fā)明的示意圖，圖中包括1.蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡、2.風(fēng)管、3.蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)鏡底板通孔、4.熱交換器、5.風(fēng)箱、6.風(fēng)機(jī)、7.閥門、8.蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板、9.蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)鏡底板與風(fēng)箱之間的空間、10.用于將風(fēng)機(jī)出口的熱風(fēng)導(dǎo)出室外的管道、11.蜂窩單元、12.連接風(fēng)箱與風(fēng)機(jī)的風(fēng)管；系統(tǒng)工作時(shí)，空氣的流動方向如圖中箭頭所示。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)如下I、將風(fēng)箱5和蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡I固定裝配在主鏡室的上方，裝配過程中將風(fēng)箱5上部引出的多個(gè)風(fēng)管2伸入對應(yīng)的蜂窩單元11內(nèi)；2、將多個(gè)熱交換器4排布并固定在風(fēng)箱5和蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板8之間的空間9的邊緣位置，并用密封材料和粘合劑將各部件之間的所有縫隙密封，使得空氣只有先經(jīng)過熱交換器4才能進(jìn)入蜂窩單元11內(nèi)；3、通過風(fēng)管12將風(fēng)箱5與風(fēng)機(jī)6入口相連，根據(jù)熱交換器4的壓力損失和全程管道的壓力損失，選擇合適的風(fēng)機(jī)6 ;4、利用管道10將風(fēng)機(jī)6的出口引導(dǎo)到室外，這樣從風(fēng)機(jī)6出來的熱風(fēng)就不會影響到蜂窩輕質(zhì)鏡I周圍的空氣溫度；5、風(fēng)機(jī)6工作時(shí)，在空氣壓力差的作用下，外部環(huán)境的空氣先經(jīng)過熱交換器4，再通過底板8與風(fēng)箱5之間的空間9從底板通孔3進(jìn)入蜂窩單元11內(nèi)，與蜂窩單元11內(nèi)壁發(fā)生對流換熱，再經(jīng)過蜂窩單元11內(nèi)的風(fēng)管2進(jìn)入風(fēng)箱5，經(jīng)過風(fēng)管12從風(fēng)箱到達(dá)風(fēng)機(jī)，最后通過風(fēng)機(jī)6排到室外，系統(tǒng)空氣流動方向如圖I中的箭頭所示；6、熱交換器4能夠根據(jù)需要方便的調(diào)節(jié)工作狀態(tài)加熱、冷卻或者不工作，當(dāng)熱交換器4工作狀態(tài)為加熱時(shí)，進(jìn)入蜂窩單元11內(nèi)的空氣為熱空氣，對蜂窩輕質(zhì)鏡I進(jìn)行加熱處理；當(dāng)熱交換器4工作狀態(tài)為冷卻時(shí)，進(jìn)入蜂窩單元11內(nèi)的空氣為冷空氣，對蜂窩輕質(zhì)鏡I進(jìn)行冷卻處理；當(dāng)熱交換器4不工作時(shí)，進(jìn)入蜂窩單元11內(nèi)的空氣為自然空氣，相當(dāng)于用自然空氣對蜂窩輕質(zhì)鏡I進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)；7、根據(jù)具體的蜂窩輕質(zhì)鏡I的材料物理特性和蜂窩結(jié)構(gòu)尺寸，可以測試蜂窩輕質(zhì)鏡I在不同的工況下，通風(fēng)控制鏡面溫度的響應(yīng)時(shí)間，從而制定相應(yīng)的工作規(guī)程，當(dāng)遇到特定的工況時(shí)，就可以根據(jù)規(guī)程確定對應(yīng)的風(fēng)速和熱交換器4輸出空氣的溫度，從而對熱交換器4和閥門7加以控制；8、如果蜂窩輕質(zhì)鏡I所在系統(tǒng)是在某一個(gè)特定地點(diǎn)長期工作的話，可以根據(jù)日氣溫變化規(guī)律數(shù)學(xué)模型，擬合出符合當(dāng)?shù)貧鉁刈兓?guī)律的氣溫函數(shù)，當(dāng)蜂窩輕質(zhì)鏡I投入工作時(shí)，可以根據(jù)氣溫模型預(yù)測下一時(shí)間段大氣溫度，從而對蜂窩輕質(zhì)鏡I采取提前溫度控制，這樣可以使鏡面溫度始終與環(huán)境大氣溫度最大程度的相接近，從而最大程度的減小鏡面視寧度。
本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分為本領(lǐng)域公知技木。
權(quán)利要求
1.ー種用于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡溫度控制的方法，其特征在于將多個(gè)熱交換器(4)排列在蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板(8)與風(fēng)箱(5)之間的空間(9)邊緣，并利用粘合劑密封所述多個(gè)熱交換器(4)、蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板(8)和風(fēng)箱(5)各部件之間的所有縫隙，這樣在壓カ差的作用下外部環(huán)境中的空氣只有通過熱交換器(4)才能進(jìn)入這個(gè)密封空間；從風(fēng)箱(5)上端引出多個(gè)風(fēng)管(2)，每個(gè)風(fēng)管(2)對應(yīng)著一個(gè)通孔(3)，每個(gè)通孔(3)上方都對應(yīng)著一個(gè)蜂窩単元(11)，每ー個(gè)風(fēng)管(2)都對應(yīng)的伸入其上方的蜂窩単元(11)內(nèi)部；風(fēng)箱(5)下端的風(fēng)管(12)連著風(fēng)機(jī)(6)，風(fēng)機(jī)(6)出口通過管道(10)將空氣排到室外；所述風(fēng)機(jī)(6)用來向外排風(fēng)，風(fēng)機(jī)(6)工作時(shí)，在空氣壓カ差的作用下，外部環(huán)境的空氣先經(jīng)過熱交換器(4)，當(dāng)熱交換器的工作狀態(tài)為加熱、冷卻或者不工作吋，空氣經(jīng)過熱交換器時(shí)被加熱、冷卻或者保持原始溫度，再通過蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板(8)與風(fēng)箱(5)之間的空間從底板通孔(3)進(jìn)入蜂窩單元(11)內(nèi)，與蜂窩單元(11)內(nèi)壁發(fā)生對流換熱，對蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡實(shí)現(xiàn)加熱、冷卻或者利用自然空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡溫度控制的方法，其特征在干在所述風(fēng)機(jī)(6)入風(fēng)ロ加一個(gè)閥門(7)，可以方便地調(diào)節(jié)風(fēng)箱(5)內(nèi)部風(fēng)速的大小，進(jìn)而改變管道(2)內(nèi)部的風(fēng)速大小，調(diào)節(jié)蜂窩單元(11)內(nèi)的對流換熱強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種用于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡溫度控制的方法，其特征在于所述風(fēng)管(2)的數(shù)量與蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板(8)的通孔(3)數(shù)量相同，且風(fēng)管(2)外徑橫截面積為通孔(3)橫截面積的一半。
全文摘要
一種用于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡溫度控制的方法，將通風(fēng)管道伸入蜂窩單元內(nèi)；通過風(fēng)箱將蜂窩內(nèi)的通風(fēng)管道與風(fēng)機(jī)入口相連；將多個(gè)熱交換器排列在蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡底板與風(fēng)箱之間的空間邊緣并密封各部件之間的所有間隙保證空氣必須先通過熱交換器才能進(jìn)入蜂窩單元內(nèi)；利用風(fēng)機(jī)向外排風(fēng)，在內(nèi)外空氣壓力差的作用下空氣經(jīng)過熱交換器進(jìn)入蜂窩單元內(nèi)，與蜂窩單元內(nèi)壁發(fā)生對流換熱達(dá)到控制蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡溫度的目的?？梢愿鶕?jù)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡光學(xué)表面與環(huán)境空氣的溫度差來調(diào)節(jié)熱交換器實(shí)現(xiàn)對蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輕質(zhì)反射鏡冷卻或者加熱。本發(fā)明可以方便的實(shí)現(xiàn)冷空氣、熱空氣、自然空氣三種通風(fēng)條件的轉(zhuǎn)換以適應(yīng)各種環(huán)境下的不同工況。
文檔編號F28F27/00GK102621661SQ201210098069
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者唐金龍, 張俊, 饒長輝, 鮮浩 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所