Способ изготовления оптического элемента

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА путем деформирования упругой пластины приложением к ее краям изгибающих моментов, отличающийся тем, что, с целью расширения области его применения путем изготовления оптических элементов двойной кривизны, изгибающие моменты прикладывают к локальным участкам пластины по ее периметру, причем по меньшей мере на части периметра локальные участки выбирают равноудаленными один относительно другого.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК (1% (10 (511 F 24 J 3/02

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{; ) (@ еъ )

ЯР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ (21) 3477962/24-06 (22) 26.07.82 (46) 23.05.84 Бюл. ¹ 19 (72) Ю. К. 1Цербаков (?1) МВТУ им. Н,Э.Баумана

1(53) 662.997 (088.8) (56) 1. Патент США № 4 119365, кл. 350-293, опублик. 1978. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА путем деформирования упругой пластины приложением к ее краям изгибающих моментов, о т— личающийся тем, что, с целью расширения области его применения путем изготовления оптических элементов двойной кривизны, изгибающие моменты прикладывают к локальным участкам пластины по ее периметру, причем по меньшей мере на части периметра локальные участки выбирают равноудаленными один относительно другого.

1093879

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к способам изготовления оптического элемента фацетных концентраторов солнечной энергии, 5

Известен способ изготовления оптического элемента путем деформирования упругой пластины приложением к ее краям изгибающих моментов.

Согласно этому способу деформирование1О упругой пластины осуществляется распределенными изгибающими моментами, обеспечивающими повышенный запас прочности и улучшенную геометрическую тбчность изготавливаемого опти- 15 ческого элемента по сравнению со способами деформирования путем приложения нагружающих сил t 1).

Однако известным способом можно изготавливать лишь оптические эле- 20 менты нулевой гауссовой кривизны, например, имеющие форму параболоцилиндра.

Цель изобретения — расширение областп применения способа путем изготовления оптических элементов двойной кривизны.

Поставленная цель достигается тем,что согласно способу изготовления оптического элемента путем де- ЗО формирования упругой пластины приложением к ее краям изгибающих моментов последние прикладывают к локальным участкам пластины по ее пери" метру, причем по меньшей мере на части периметра локальные участки выбирают равноудаленными один относительно другого.

На фиг. l показаны оптические элементы прямоугольной формы и устройсФво их нагруження сосредоточенными изгибакчпнми моментами, вид сбоку; на фиг, 2 — то же, вид в плане; на фиг. 3 - оптические элементы прямоугольнс.- формы и устройство их нагру 45 ження сосредоточенными изгибающими моментами„ расположенное с задней стороны оптических элементов без их затенения, вид сбоку; на фиг. 4 блок из шести прямоугольных оптических элементов с общим устройствам их нагружения сосредоточенными изгибающими моментами, расположенным с задней стороны оптических элементов, вид

:-.боку" на фиг. 5 — то же вид в пла55 не; на фиг. 6 — оптический элемент прямоугольной формы и устройство его нагружения с увеличенным количеством сосредоточенных нзгибаюших моментов, вид сбоку; на фиг. 7 — то же, вид в плане; на фиг. 8 — круглый оптический элемент и устройство его нагружения сосредоточенными изгибающими моментами, вид в плане.

Способ изготовления оптического элемента заключается в том, что деформируют упругую пластину 1 (фиг. 1), прикладывая к ее краям изгибающие моменты. Изгибающие моменты прикладывают к локальным участкам 2 (фиг.2) пластины 1 по ее периметру, причем по меньшей мере на части периметра локальные участки 2 выбирают равноудаленными один относительно другого.

Сосредоточенные изгибающие моменты прикладывают к пластине 1 (фиг.1) с помощью устройства 3 нагружения, являющегося одновременно опорной рамой гелиоустановки. Устройство 3 нагружения содержит кронштейны-рычаги

4, тяги 5, загружатель 6, винты 7 крепления и юстировки сдеформированных пластин 1, опорные узлы 8, закрепленные на тыльной стороне пластины 1, например, с помощью эпоксидного клея и шарнирно соединенные с винтами 7 для обеспечения поворота пластины 1 на небольшой угол относительно винтов 7.

Устройство 3 нагружения может иметь тяги 5 (фиг. 3), расположенные с задней стороны пластины 1 и работающие на сжатие. Это уменьшает затененность пластин 1 и упрощает юстировку.

Устройство 3 нагружения (фиг. 4 и 5) может быть общим для блока, например, из шести пластин 1, причем тяги 5 соединяют сходственные кронштейны-рычаги 4 соседних пластин 1.

В этом случае длина тяг 5 минимальна.

Устройство 3 нагружения (фиг. 6 и 7) может обеспечивать увеличенное коли-, чество прикладываемых к пластине 1 сосредоточенных изгибающих моментов например по три локальных участка 2 приложения нагрузки на каждой стороне прямоугольной пластины 1. Устройство

3 нйружения (фиг. 8) может обеспечивать деформирование пластины 1, имеющей круглую форму. В этом случае локальные участки 2 приложения нагрузки равно отстоят друг относительно друга по всему периметру пластины 1, Из решения обратной задачи линейной теории пластин. легко показать, что плоская пластина 1 принимает заданную форму (сферическую, внео1093879

-o/à, Й / >u l, ° Ф где /Мм

55 севой вырезки параболоида и др.) в тои случае, если удовлетворяются статические и геометрические граничные условия на контуре.

Теоретический анализ формообразования круглых, эллиптических, квадратных, треугольных и трапециевидных в плане пластин 1 в поверхность сферы и внеосевой вырезки параболоида показывает, что для этой цели необходимо и достаточно обеспечить геометрические граничные условия, при которых прогибы на контуре пластины 1 соответствуют требуемой форме поверхности, и статические граничные условия, которые в общем случае характеризуются распределенными по контуру изгибающими и крутящими моментами, перерезывающими силами и, кроме этого, распределенной нагрузкой q(x,у), нормальной к поверхности (только для внеосевой вырезки параболоида). При получении внеосевой вырезки параболоида с наибольшим размером в плане, равным 0,5 м, крутящие моменты, перерезывающие силы на контуре, а также нагрузка q(x,ó) малы и ими можно пренебречь для концентратов с углом раскрытия Ц 6 90О

Для получения сферической поверхности достаточно приложить к контуру пластин 1 постоянный изгибающий момент где Š— модуль упругости материала пластины I р — коэффициент Пуассона; толщина пластины 1;

R — радиус кривизны оптического элемента.

При этом ее напряженное состояние будет однородным и равным

Экспериментальные исследования изготавливаемых оптических элементов проводились на зеркальных квадрат.— ных пластинках при различных видах на гр уже ния и о пир а ния с помощью метода муара.

Принимая во внимание, что каждой полосе муара соответствует линия равных углов поворота нормалей, для идеальной сферической поверхности муаровые полосы должны быть параллельны, при этом расстояние между ними характеризует величину радиуса кривизны. С уиеньшением расстояния между полосами муара напряжения изгиба возрастают (обратно пропорционально расстоянию).

5 Изготовление оптического элемента путеи деформирования зеркальной квадратной пластинки приложением сосредоточенных сил приводит к тому, что поверхность пластинки не является сферической. При этом в углах и на краях пластинки наблюдаегся возрастание кривизны, а следоватЕльно, и возрастание напряжений изгиба. Аберрации такой поверхности значительны.

Дефориирование зеркальной квадратной пластинки сосредоточенными изгибающими моментами дает наилучшее приближение к сферической форме, причем увеличение числа приложенных сосре-, доточенных изгибающих моментов до трех с каждой стороны пластинки повышает точность геометрической формы оптического элемента по сравнению со случаем приложения двух сосредоточенных изгибающих моментов.

Способ изготовления оптического элемента осуществляют следующим образом.

Загружатели 6 (фиг. 1) создают в тягах 5 усилия, которые с помощью кронштейнов-рычагов 4 преобразовываются в сосредоточенные изгибающие моменты, прикладываеиые к локальным участкам 2 (фиг. 2) на краях пласти35 ны 1 по ее периметру. Приложение этих моментов создает поворот пластины 1 .в опорных узлах 8. При равенстве плеча кронштейнов-рычагов 4 форма получаемого оптического элемента

40 приближается к сферической. Может быть осуществлено управление формой оптического элемента при подключении эагружателей 6 к системе слежения °

Величина сосредоточенного изгибаю45 щего момента рассчитывается по формуле

С вЂ” распределенный изгибающий момент вдоль час.ти периметра пластины 1, на которой происходит его замена сосредоточенным изгибающим моментом;

О. — расстояние между соседннмн локальныии участкамн

Причем расстояние О. мс:к;ty уча< тками 2 количество и. нрилож.н нг.: с 1с

$ 10938 редоточенных моментов ф и длина 8, стороны пластины 1, имеющей форму в плане, отличную от овала, связаны соотношением

LJ 5 (г1 Я)

Для овальной формы пластины 1 (в плане) число ф локальных участков

2 (фиг. 8) должно быть не менее пяти (а . 5) . Деформирование пластины сосредоточенными изгибающими момен79 тами, приложенными на краю по ее периметру, обеспечивает получение заданной геометрической формы изготавливаемого оптического элемента с минимальными напряжениями изгиба в материале оптического элемента, что позволяет использовать способ для изготовления оптических элементов, имеющих двойную кривизну, наименьшие аберрации и наибольшую прочность и долговечность.

1093879

Составитель П Лендерович

Редактор О.Бугир Техред Л.Микеш Корректор А..Знмокосов

Заказ 3405/31 Тираж 71 1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4