组合式力热动态载荷光学窗口的光学特性研究

刘囿辰，马国鹭，赵 涌，宋子军，胡亮子

（1.西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室，四川 绵阳 621010；2.中国航发四川燃气涡轮研究院，四川 绵阳 621010；3.航空发动机高空模拟技术重点实验室，四川 绵阳 621010）

引言

光学窗口作为环境和测量系统的光学通道，其光学作用将直接叠加到光学传递路径上，尤其是在多场载荷环境下光学窗口的影响愈加明显。光学窗口在工作过程中不仅是光学成像通道，还作为压力隔离气密窗口承受内外环境压力，以及作为温度隔离窗口与周围环境进行热交换[1]。从窗口的强度和集光能力考虑，需要保证窗口玻璃的厚度和口径足够大，但当窗口玻璃厚度及口径太大时，温度场和压力场会引起光学窗口面形变形和波像差均方根值变化，明显降低光学系统成像质量[2-3]。

在高超声速风洞中对试验段流场观测的光学窗口，承载压差范围为0～40 kPa，瞬时温度变化范围为0～40℃，光学口径直径不大于400 mm，常规光学窗口将难以适应该环境条件。因此，本文提出一种能够适应于在一定力热动态载荷复合环境下工作的大口径组合式光学窗口。综合考虑压差、温度梯度对光学玻璃面形的影响，对该环境下光学窗口厚度进行了计算，实现了对该条件下光学玻璃成像质量的评价，并进行了环境性试验验证。对解决大口径组合式光学窗口的光学特性研究具有指导意义。

1 组合式光学窗口结构设计

大口径光学窗口一般采用单片光学玻璃制造，但其加工难度大、成本高、环境适应性差。……