四川九洲电器集团有限责任公司，四川绵阳 621000
为满足机载光电吊舱轻小型、紧凑型要求，解决光电吊舱散热问题，采用了热传导和风机内循环对流结合的散热方式，用金属结构件将发热元器件与壳体接触建立热传导通道，用风机内循环强化内部对流建立低热阻的对流换热通道，通过 ICEPAK热仿真软件对该散热方式建模仿真计算表明：静止条件下吊舱核心处理芯片 DSP、FPGA、SoC温升分别为： 29.1℃、29.2℃、33.8℃，相比无风机时别降低： 5.2℃、3.5℃、4.4℃；飞行条件下温升分别为： 11.9℃、9.1℃、15.5℃；静止条件下，在风机内循环作用下，舱内最高环境温度较无风机内循环时降低约 5.5℃。通过与同等条件下高温试验数据比较，仿真温度与测试温度相差 3.1℃。该散热方式可有效降低舱内环境和器件的温升，满足吊舱使用要求，结构简单占用空间小，适用于轻小型、紧凑型机载光电吊舱。
光电探测系统 光电吊舱 散热技术 热仿真与试验 photoelectric detection, airborne photo-electric p
光机热仿真分析是预测光学系统光学性能及结构优化的有效手段，本文提出了一种基于有限元仿真分析软件COMSOL Multiphysics，耦合固体传热学、固体力学以及几何光学的多物理场耦合建模方法，实现了离轴四反光学系统的光机热一体化仿真，避免了传统的光机热仿真分析在不同软件间信息传递和转换的过程，提高了仿真的集成性。本文针对离轴四反光学系统构建其多物理场耦合仿真分析模型，分析了光学系统在不同温度条件下的结构变形和光学镜面变形，并通过光线追迹和点列图判断光学性能变化，为后续开展光学系统的优化提供了一种有效手段。
离轴四反光学系统 多物理场 光机热仿真 光学性能 off-axis four-mirror optical system, multi-physics COMSOL
使用仿真软件对模组以及各零件的温度分布情况进行仿真，对热仿真流程以及仿真结果的正确性进行研究。首先，使用仿真软件对模组的散热情况进行分析，得到模组整体以及各零件的温度分布情况；然后，将模组置于25 ℃恒温箱中，使用多路温度探测仪对模组表面以及液晶显示屏下表面的随机点位的温度进行测量；最后，将仿真模拟的点位温度与实际测量的点位温度值进行对比，计算出温升误差值，通过温升误差值大小，对比实测结果与仿真分析结果，验证模拟仿真的正确性。通过对比分析实验结果与仿真结果，得出结论：模组在室温下达到稳定工作状态时，通过热仿真计算出的结果和实际测量的温度数值差异不大，二者的温升误差最大为3.5%，相对较小。因此，仿真结果具有理论参考性，模组散热设计满足工程设计要求。
模组 有限元分析 热仿真 module finite element analysis thermal simulation
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 苏州联讯仪器股份有限公司设备部，江苏 苏州 215000
为了测试高速通信光模块在极端环境下的工作性能，并提升其出厂测试效率，设计了高速通信光模块热控系统。使用该系统不仅可以实现单独测试QSFP-DD封装模式的光模块，还可以实现双通道并行测试QSFP-28封装模式的光模块，成功使光模块测试效率提升一倍。首先，根据半导体制冷器的特性设计了待测试件热电制冷器组件，Flotherm的仿真结果表明热电制冷器组件可用。接着，根据半导体制冷器的原理及特性，设计了热排散系统。最后，将热控系统与水冷机的控温效率和效果做对比。实验结果表明：热控系统可以在110 s内实现光模块壳温在0~65 ℃之间的快速调控。热控系统基本满足对常用封装方式的高速通信光模块的控温需求，且相对于水冷机而言，具有小型化、低噪音、零震动的优势，更利于光模块集成化测试。
光纤通信 热控系统 热仿真 光模块 optical fiber communication thermal control system thermal simulation optical module 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220705
中国空间技术研究院 北京卫星环境工程研究所, 北京 100094
太阳模拟器能够较准确地模拟太阳辐照的准直性、均匀性和光谱特性, 具有较高的空间外热流模拟精度。其主要用于航天器的热平衡试验、热涂层特性试验和材料老化试验, 可以有效地检验卫星的光辐照性能, 验证航天器的热设计。针对大中型太阳模拟器特性, 设计一种积分器组件, 可承受高温负荷, 保证大中型太阳模拟器的均匀性及辐照度性能指标。介绍了太阳模拟器积分器组件原理, 通过Lighttools、Flunet对积分器组件进行结构设计、热设计及仿真计算。设计结果表明, 中型太阳模拟器辐照面可达到Ф2000mm, 辐照度不均匀性可达到±4%。试验结构表明, 系统辐照面可达到Ф2000mm, 辐照度不均匀性可达到±3.75%, 辐照度最高可达到1.39个太阳常数, 能够满足大中型太阳模拟器使用。
中型太阳模拟器 光学积分器 光学设计 热仿真分析 Medium solar simulator optical integrator optical design thermal simulation analysis
1 上海卫星工程研究所,上海 200240
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
差分光谱仪是一种基于空间测量的精密光学仪器,整个寿命周期内对光机系统及探测器有较高的温度稳定性要求。为保证光路的精度,需要光学安装板 温度梯度小于2℃;为降低温度波动对信号的干扰,整轨温度波动要求小于2℃。光谱仪周边有多台载荷不同程度的遮挡,热环境复杂,给热控设计 带来较大困难。结合光谱仪热控需求及结构特点,详细分析了轨道外热流,采用对地面作为光学箱散热面、光学底板等温化设计、 以向阳面为电子学散热面、电子学箱与光学箱隔热等热控措施,实现了光谱仪高稳定性温控要求。热平衡试验与在轨数据表明, 光谱仪热控设计合理可行,能够满足在轨探测的温度指标。为后续型号光学遥感仪器高精度、高稳定的热控设计打下良好的基础。
星载差分吸收光谱仪 温度波动 温度梯度 热设计 热仿真 在轨验证 spaceborne differential optical absorption spectro temperature fluctuation temperature gradient thermal design thermal simulation on-orbit verification 大气与环境光学学报
2019, 14(2): 103
1 安徽师范大学 物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241002
2 中航华东光电有限公司, 安徽 芜湖 241002
3 特种显示技术国家工程实验室, 安徽 芜湖 241002
4 安徽省现代显示技术重点实验室, 安徽 芜湖 241002
为了改善机载LCD在低温加热过程中出现的不均匀、四角发蓝现象, 提出了一种基于ITO图案化的加热器设计方法。首先通过Pro/E软件设计ITO图形, 接着利用ANSYS Workbench对屏组件进行有限元热仿真, 得到了机载LCD的低温加热功耗以及稳态温度分布图, 最后根据仿真数据制作LCD, 并进行样品试验。结果表明,对于15.24 cm的LCD, 在相同的功率下, 图案化的加热器加热更加均匀, 且四角发蓝现象得到明显的改善。
液晶显示器 氧化铟锡膜图案化 有限元热仿真 稳态温度分布图 功耗 LCD ITO patterning Finite element thermal simulation steady temperature profile power consumption
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 32142部队72分队, 河北 保定 071000
为了得到准确的二维变姿态空间相机外热流数据, 提出了一种在J2000坐标系下进行二维变姿态空间相机的外热流算法。首先, 在J2000坐标系下确定了相机的位置、太阳的位置及其辐射强度; 其次, 根据空间相机的视轴始终指向太阳的工作特点及太阳的位置, 计算出其在极端情况下的二维姿态角; 然后, 根据得到的姿态角计算出姿态变换矩阵。最后, 利用Matlab编程计算出一个轨道周期内的不变姿态以及二维变姿态条件下的复杂外热流。该方法计算得到的不变姿态外热流与I-deas/TMG软件得到的结果能够很好地吻合。与姿态不变的相机相比, 相机二维姿态的变化会导致其外热流发生较大的变化, 尤其是入光口所在的-Y面, 其太阳直射热流的波动范围为0~1 394 W/m2。得到的姿态角为热仿真模型姿态的调整提供了重要参考。由变姿态外热流数据可以看出, -Z面的外热流最小, 其最大平均外热流小于4 W/m2。另外±X面和+Y面的外热流也较小, ±X面最大平均外热流小于80 W/m2, +Y面最大平均外热流小于110 W/m2。在实际应用中, 由于卫星平台的遮挡, ±X面和+Y面的外热流会更小, 因此可以将-Z面, ±X面和+Y面作为散热面, 为热设计工作提拱了很好的指导。
热设计 变姿态 热仿真 外热流 空间相机 changing attitudes external heat fluxes thermal simulation space camera thermal design 红外与激光工程
2018, 47(9): 0917008
