为了研究极端温度环境对跟踪望远镜指向精度的影响,利用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立跟踪望远镜机架的有限元模型,通过稳态热分析,得到高、 低温环境中机架在太阳辐射、空气对流、电器件产热及热传导作用下的温度场分布;通过结 构静力学分析,得到机架在以上温度场作用下的热变形。分析结果表明在高、低温工况下, 机架轴系的偏斜角均小于30′′,在误差允许范围内。极端温度环境中跟踪望远镜 机架的方位转轴、俯仰转轴及光路视准轴基本没有发生偏斜,跟踪望远镜的指向精度几乎没有受到影响。

为了有效提高星载激光雷达后继光学系统中滤波器组件结构热保温性能, 保证其核心部件F-P标准具利用材料的热光特性进行中心波长调谐的精度, 对滤波器组件进行了初步热结构设计。利用有限元软件Ansys Workbench对滤波器组件初始结构进行稳态热分析, 确定加热功率范围, 再对热结构中的关键参数进行基于灵敏度分析的多目标优化, 并确定各参数的最优值。优化分析结果表明: 标准具达到稳态设计工作温度48℃时, 加热功率为705 W, 节省功率消耗113％, 标准具表面节点最大温差由原来的0253℃减少为005℃, 满足设计技术指标要求。

设计并研究了双晶四端泵浦的Tm:YLF激光器。利用Ansys 软件中的稳态热分析模块计算了散热底板水通道在热交换系数分别为1 000 W/(m2·℃)、4 000 W/(m2·℃)、8 000 W/(m2·℃) 和 15 000 W/(m2·℃)以及采用TEC制冷时对应的晶体夹具及散热底板的温度分布。根据计算结果, 在采用水温16℃中等强制对流及以上时与TEC制冷控温18~20℃时对Tm:YLF晶体冷却效果近似, 可近似等效于TEC制冷。根据模拟计算的结果, 设计了可用光纤耦合半导体激光器泵浦的U型腔结构Tm: YLF激光器。在采用16℃冷却水直接冷却晶体夹具时, 单晶双端泵浦和双晶四端泵浦的Tm: YLF输出功率分别达到了25.9 W和46 W的激光输出, 对应的斜效率分别为40.7%和37.1%。在实验过程中, 晶体夹具未出现温度过高。实验结果说明设计的直接传导冷却系统可有效地冷却泵浦功率在140 W时的双晶四端泵浦结构Tm:YLF晶体。

在极端低温情况下, 为保证高空相机镜头光学系统温度满足设计要求, 结合被动热控和主动热控进行相机光机系统的热设计.以聚酰亚胺为隔热材料进行被动热控, 增大相机内部与外界的热阻, 减弱外界低温环境对镜头温度的影响.采用电加热膜加热对相机镜头进行主动热控, 在WorkBench有限元软件中建立镜头和窗口组件的传热模型, 分析载荷构成, 加载加热功率载荷、热对流载荷和热辐射载荷, 进行稳态热分析.结果表明, 在六个加热区, 当加热功率分别为12、17、22、17、10、13 W时, 相机光学系统的温度控制在18℃～22℃范围内, 满足热控设计要求.

半导体激光器随着输出功率的提高在各领域的应用日益广泛，但芯片温度升高引起的功率饱和问题仍然是目前研究的重点之一。利用ANSYS软件对工作波长为808nm的单芯片半导体激光器的芯片有源区温度与封装热沉尺寸的关系进行了稳态热分析，模拟得出不同热沉参数条件下封装激光器芯片有源区温度的变化曲线，并提出一种散热较好的结构方案。