具有复杂围护结构光学窗口的传热特性分析

潘虹宇，李佳奇，陈 学，夏新林

(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨 150001)

0 引 言

探测系统作为飞行器的“眼睛”，包括卫星探测器、航空飞机探测器或弹载探测器等[1]。光学窗口是保护探测、成像仪器以及内部装置的关键部件，对于整个探测系统至关重要[2]。不仅可以将探测系统内部装置与外界环境隔离开，防止外部环境的杂质或气体进入。而且可以起到隔热的作用，减少外部高温环境对于探测装置探测精度的影响[3]。高速飞行器，如高速导弹、火箭等在其高速运动时会产生高温气动热流[4-6]，对光学窗口有显著的加热效果，使窗口温度上升至足以影响探测装置的水平。因此，对高速气动热流加热下的光学窗口高温瞬态传热特性的分析不容忽视。常见的窗口材料包括石英(SiO2)、蓝宝石(Al2O3)以及金刚石(C)等[7-8]。其中，石英和蓝宝石的应用最为广泛，两者因光谱的透过区间差异，常应用于可见光波段和红外波段探测系统。

许多学者的研究模型为系统整体，大多没有将光学窗口作为研究主体对象进行瞬态温度响应模拟计算[9-14]。针对光学窗口的瞬态温度场的辐射-导热耦合[15]计算仅仅开展了一部分的研究。许明明等[17]通过Workbench针对真空相机的光学窗口进行了热光学分析，研究了不同窗口厚度下的热形变。朱冉等[18]通过SolidWorks针对空间太阳望远镜光学窗口进行了稳态温度分布的模拟，并考虑了外部热流(太阳辐射)加载。张彪[19]基于Fluent混合编程针对光学窗口内的辐射-导热耦合换热进行了研究，采用有限体积法对辐射传输进行了计算。……