氣動布局設(shè)計的案例
基于實際工程的飛行器氣動設(shè)計與仿真
在飛行器氣動設(shè)計中總會遇到一些技術(shù)難點，本文無法給出大家實際遇到問題的解決方法。但想從以往實際工程中“捅破這層窗戶紙”的角度提供一些經(jīng)驗供大家參考，如果看完本文，您也感到“哦，原來如此”，就算達到了本文的目的。
本文是從氣動專業(yè)的角度，通過多年的設(shè)計、試驗、仿真經(jīng)驗，跟大家探討交流一下直接的體會感受。當然，這些直接工程上的做法，并非作者一人之功，實來源于無數(shù)前輩及周圍優(yōu)秀同事，本文無法一一點到，望曾經(jīng)一起攻堅的戰(zhàn)友們見諒。
2. 跨速域飛行器的布局設(shè)計
空氣動力學將流動分為亞音速、跨音速、超音速及高超音速，無疑跨速域飛行器在氣動布局上考慮的因素更多，因此本文以典型跨速域飛行器：戰(zhàn)斗/偵察機及可復用火箭/飛船，展開方法的介紹及論述。
圖1 典型跨速域飛行器
2.1. 傳統(tǒng)跨速域飛機氣動布局指標的提出
一個新構(gòu)型的氣動布局必然由需求牽引而出，大國之間軍事對峙的典型場景即為軍機之間的跟飛、纏斗，戰(zhàn)爭期間，先進戰(zhàn)斗機則直接意味著制空權(quán)。因此，戰(zhàn)斗機性能優(yōu)于對手的需求，在世界成為地球村之前是一直存在的，此即為推動戰(zhàn)斗機性能提升的動力。
一代空氣動力學理論的突破，一代戰(zhàn)斗機氣動布局的跨越。跨音速面積率的出現(xiàn)，使得戰(zhàn)斗機進入超音速時代；邊條渦升力理論，戰(zhàn)斗機具備了大迎角高機動能力。
圖2 戰(zhàn)斗機氣動布局的更迭
具有良好氣動布局外形的飛機通過不斷地更新發(fā)動機和記載設(shè)備可使其服役期延長幾十年，而這不僅僅限于軍用飛機。上世紀40年代的安2運輸機，其優(yōu)異的氣動布局，使得至今其仍具有蓬勃的生命力。因此，在飛機設(shè)計中，氣動布局設(shè)計，尤其是先進氣動布局設(shè)計占有極其重要的地位。
展開 國外戰(zhàn)斗機總體氣動布局演變與發(fā)展趨勢淺析
相較于第二代戰(zhàn)斗機，第三代戰(zhàn)斗機機身與機翼融合設(shè)計，其總體氣動布局主要特點為：
（1）邊條翼與翼身融合設(shè)計。邊條翼能夠增加飛機機動性，可改善機翼在大迎角時的氣動特性（特別是升力特性）；翼身融合設(shè)計是“面積律”理論的進一步應(yīng)用，相較于單純的蜂腰設(shè)計能夠進一步減小飛行阻力；
（2）氣泡式座艙。在保持前視界的前提下，進一步能加飛行員側(cè)視界；
（3）腹部進氣道出現(xiàn)。邊條翼和鴨翼的應(yīng)用促使了機腹進氣方式；
（4）全動平尾。主動控制技術(shù)被突破和飛機靜不穩(wěn)定設(shè)計技術(shù)日趨成熟，全動平尾可進一步增強飛機操縱性；
（5）單/雙發(fā)渦扇發(fā)動機。小涵道比渦扇發(fā)動機具有較低的耗油率，可提高戰(zhàn)斗機續(xù)航能力，其推重比一般在6-8之間。
圖 3 F-16和蘇-27
表 3 F-16、蘇-27和幻影2000的主要性能和外形參數(shù)
四代機
上世紀90年代至今第四代戰(zhàn)斗機出現(xiàn)，其以中遠距作戰(zhàn)為主。相比三代機的大機動和“寬域”作戰(zhàn)特性，美軍為四代機提出了“4S”標準，即超機動、超隱身、超聲速巡航、超視距打擊。四代機一般安裝推重比10一級的渦扇發(fā)動機，總體、氣動、隱身、結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計，氣動布局設(shè)計力求實現(xiàn)超機動和超隱身。第四代戰(zhàn)斗機典型代表有美國的F-22和F-35，俄羅斯的蘇-57等。
相較于第三代戰(zhàn)斗機，第四代戰(zhàn)斗機機身與機翼一體化設(shè)計，其總體氣動布局主要特點為：
（1）鉆石形機頭。機頭由光滑曲線截面變?yōu)殂@石形，在機身側(cè)向具有較小的RCS（雷達反射截面積），可以增加偏航穩(wěn)定性，還可產(chǎn)生脫體渦起增升作用；
（2）菱形機翼。
展開 中國神奇自主設(shè)計客機，可望拿下世界第一！用上了戰(zhàn)斗機氣動布局
近日，中國最先進氣動設(shè)計的民航客機，進行風洞測試！
這一最新客機的縮比模型，展示出世界頂尖的該類別民航機氣動整體布局，讓人眼前一亮！
上圖就是中國航空工業(yè)氣動院設(shè)計的“靈雀B”大邊條翼身融合民航客機驗證機縮比模型。
它剛剛實施了首次風洞自由飛試驗，在我國先進大尺寸風洞中完成六自由度飛行試驗。試驗中該先進民航客機縮比模型的操縱性、穩(wěn)定性、飛行品質(zhì)得到了考驗。
大邊條、翼身融合，是現(xiàn)代戰(zhàn)斗機上極為出色的一種氣動整體布局，目前還沒有民航客機使用這一設(shè)計，假如中國能率先打造相關(guān)客機，將引領(lǐng)該領(lǐng)域世界潮流。邊條是機身機翼之間的延展過度結(jié)構(gòu)，它最大的優(yōu)點是可以產(chǎn)生有利的脫體渦，改善提高飛機氣動性能。
在歷史上，后掠翼或三角翼有著較好的高速性能，但低速性能很差，升阻比不理想。而在大迎角飛行時，常規(guī)布局的飛機容易失速，這扼制了機動性的改善。此外傳統(tǒng)布局橫側(cè)穩(wěn)定性不盡理想。
為克服后掠翼等傳統(tǒng)布局上述缺點，出現(xiàn)了大邊條翼設(shè)計，它能夠產(chǎn)生有利的脫體渦流，使得低速下、大迎角下仍有足夠升力。橫測穩(wěn)定性也有所改善。
此外，大邊條令飛機在相對高速飛行時，激波強度獲得降低，提高了機翼氣動效率，包括配平阻力減少大約20%。這對于進一步提高已經(jīng)接近音速的現(xiàn)代民航客機的速度，有明顯益處。
大邊條往往與翼身融合布局同時出現(xiàn)，即機翼和機身結(jié)構(gòu)采用漸進過渡，而不是傳統(tǒng)上突兀的簡單過渡。這有利于優(yōu)化整體氣動性能，同時也有利于增大內(nèi)部空間，翼身融合部位可安排油箱、設(shè)備艙等等。
展開 氣動布局這一設(shè)計，美軍B2轟炸機認輸了
在這個方面，設(shè)計轟20的氣動布局和材料就尤為重要。
首先，轟20將采用翼身融合的常規(guī)氣動布局，轟20為什么會采用常規(guī)的氣動布局？這是因為我軍第一次自主研制大型轟炸機，之前只是仿制前蘇聯(lián)的轟炸機，沒有自主的設(shè)計理念和設(shè)計思想，因此，綜合考慮還是采用熟悉的穩(wěn)當?shù)?em>設(shè)計為佳。但是也要在設(shè)計中大量應(yīng)用最新技術(shù)，比如翼身融合、電傳操縱、二次曲面機身設(shè)計、前后緣機動襟翼、機翼大型一體油箱等新技術(shù)。綜合考量的隱形設(shè)計。隱形設(shè)計的第一項就是翼身融合，這是在我國最近的戰(zhàn)斗機設(shè)計中已經(jīng)大量使用的技術(shù)，沒有什么困難。翼身融合的好處是整個機身與機體形成較好的曲面過渡，沒有造成雷達波反射的拐角和直面，大大減少被敵人發(fā)現(xiàn)的概率。
轟20大量使用碳纖維復合材料，現(xiàn)在評價一架飛機的先進與否的重要一條是使用了多少復合材料，我們的新轟八就是大量的使用了我國自己研制的碳-碳纖維復合材料制作機身結(jié)構(gòu)件。使用復合材料的好處是既減輕了機體的結(jié)構(gòu)重量，又可大大提升飛機的載油量和載彈量，也大大延伸了飛機的作戰(zhàn)航程。另外，使用復合材料也可容易實現(xiàn)飛機的隱形目的，同時轟20埋入式翼根發(fā)動機隱身技術(shù)。轟20型轟炸機采用了四臺‘太行’渦輪風扇發(fā)動機，使用左右各兩臺的布局，布置在翼根兩側(cè)。由于轟20采用了大翼面翼身融合設(shè)計，發(fā)動機緊貼翼根用埋入式方式固定在機翼上部。這樣做的好處是發(fā)動機進氣口在機翼前上部，很難被敵方探測到，出氣口在機翼后上部，發(fā)動機所散發(fā)的熱氣流經(jīng)過紅外抑制裝置作用，可大大減少被敵人紅外探測裝置發(fā)現(xiàn)的概率，實現(xiàn)一定程度的隱形目的。
轟20在武器系統(tǒng)方面，武器內(nèi)置掛架技術(shù)，由于這款飛機要求隱形性能和遠程導彈攻擊，因此，就必須采用內(nèi)置武器掛架。該飛機可以攜帶兩個轉(zhuǎn)輪式武器掛架，在機身中段分前后布置。
展開 
氣動分析與設(shè)計代做
飛行器氣動外形設(shè)計，布局設(shè)計，ICEM網(wǎng)格劃分，F(xiàn)LUENT計算，origin,tecplot后處理及分析。根據(jù)工作量及難度議價。
高超聲速飛機氣動外形概念設(shè)計
廖孟豪等[3]對美國軍方和軍工部門提出的4個高超聲速作戰(zhàn)飛機概念方案進行了梳理，對比分析了各個概念方案的氣動布局特點，分析認為，美國高超聲速作戰(zhàn)飛機氣動布局向提升低速特性、降低內(nèi)外流耦合程度、增加機身容量等方向演變。左林玄等[4]詳細總結(jié)了高超聲速飛行器的氣動布局分類，并指出未來高超聲速飛行器的布局將向翼身融合布局和乘波體布局兩個方向發(fā)展。李憲開等[5]結(jié)合高超聲速飛機的需求，分析了高超聲速飛機氣動布局設(shè)計存在的問題、難點和關(guān)鍵技術(shù)。
氣動布局技術(shù)是水平起降高超聲速飛機研制的核心技術(shù)之一。崔凱等[6-7]采用前體/發(fā)動機一體化設(shè)計思想，給出了一種雙旁側(cè)進氣翼身融合體概念設(shè)計方案。國內(nèi)對高超聲速飛行器的相關(guān)研究日趨活躍，但對高超聲速飛機尤其是氣動布局方面的研究還不多，而且缺乏具體的應(yīng)用背景和需求指標牽引。劉濟民等對高超聲速ISR平臺的軍事需求進行了分析，并對其在未來海戰(zhàn)中的應(yīng)用進行了研究[8]。根據(jù)軍事需求分析得到的能力需求，目前的技術(shù)發(fā)展水平和對未來作戰(zhàn)使用的基本構(gòu)想，對高超聲速ISR 平臺做以下技術(shù)想定，見表1。
表1 高超聲速ISR平臺主要技術(shù)指標
Table 1 Main technology index of hypersonic ISR vehicle
本文以上述高超聲速ISR 平臺目標圖像為需求牽引，擬采用類乘波體氣動布局，對高超聲速ISR平臺的氣動外形進行初步設(shè)計與性能分析，并進一步驗證氣動外形概念方案滿足設(shè)計需求的程度，找到軍事需求與技術(shù)滿足度之間的差距，為高超聲速飛機氣動布局技術(shù)研究指明努力的方向。
1 氣動外形設(shè)計方法
氣動外形設(shè)計包括乘波前體氣動外形優(yōu)化設(shè)計、機翼設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，進行高超聲速ISR 平臺氣動外形一體化設(shè)計，包括乘波前體與機身的集成、機翼與機身的集成，以及后體與機身的集成三部分。
展開 基于新型高維代理模型的高效全局氣動優(yōu)化設(shè)計
四
團隊介紹
趙歡（第一作者）
，
西北工業(yè)大學，副教授，研究方向為飛行器氣動/隱身多學科優(yōu)化設(shè)計理論與方法；多學科不確定分析及穩(wěn)健設(shè)計理論與方法；翼型/機翼/旋翼/先進氣動布局高效優(yōu)化設(shè)計理論與方法；新型轉(zhuǎn)捩預測方法，先進自然層流外形流動機理與優(yōu)化設(shè)計；代理模型、機器學習及智能化全局優(yōu)化理論與方法等。目前以第一作者發(fā)表論文20余篇，授權(quán)專利6項，主持國家自然科學基金等國家級課題2項。
高正紅（團隊負責人），西北工業(yè)大學，教授、博士生導師，飛行器設(shè)計學科長江學者特聘教授，享受國務(wù)院特殊津貼。中國航空學會理事，國際航空科學大會學術(shù)委員會委員，《航空學報》編委。第九、十、十一屆全國政協(xié)委員，陜西省十二屆人大常委會委員。長期從事飛行力學與飛行器綜合設(shè)計研究，發(fā)表論文200余篇，先后主持了國家“十五”~“十四五”裝備預研、國防863、973等課題。獲得國家科技進步一等獎，省部級科技進步一、二、三等獎項。
文章來源：航空學報
供稿：趙歡
編輯：李明敏，許雅婷
展開 光學系統(tǒng)設(shè)計總體布局設(shè)計方法
一、 前言
光學系統(tǒng)，特別對一個比較復雜的光學系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計初期就必須根據(jù)光學儀器總體要求利用光學系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計，然后才是光學系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，像差平衡以致適當公差分配，最終獲得一個結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學系統(tǒng)。一個較復雜的光學系統(tǒng)，往往不只是幾片簡單光學零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿足光學儀器總體的多功能需求。OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序提供了一個具有特色的光學系統(tǒng)總體布局平臺，可以利用光學系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實現(xiàn)光學原理，使得在光學系統(tǒng)設(shè)計的初期完成光學系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能完成光學系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，為下一步光學系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)化及其他后期設(shè)計打下基礎(chǔ)。
圖1-1 一般光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計平臺界面
圖1-2 連續(xù)變焦光學系統(tǒng)總體布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多光路光學系統(tǒng)總體組合布局界面
二、 光學系統(tǒng)的設(shè)計輸入
在進行光學系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要明確總體對光學系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱為設(shè)計輸入?yún)?shù)，這些屬于整個光學系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。其中包括：光學系統(tǒng)的類型、系統(tǒng)目標特性、系統(tǒng)像方特性、光學系統(tǒng)總體布局要求以及對光學系統(tǒng)通光量的要求等。
有了以上設(shè)計要求方能著手光學系統(tǒng)的方案設(shè)計。以往的這段工作都是由設(shè)計人員在紙面上構(gòu)思，反復進行光學系統(tǒng)總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計的平臺。
展開 【VirtualLab 】光導布局設(shè)計工具
為了幫助光學工程師設(shè)計這樣的系統(tǒng)，VirtualLab Fusion提供了幾個系統(tǒng)設(shè)計工具，將任務(wù)分解成一個受控的、循序漸進的過程。在這個用例中，我們演示了布局設(shè)計工具根據(jù)用戶的規(guī)格自動生成“Hololens 1”類型(線性光柵下的1D-1D孔徑擴張)系統(tǒng)的功能。
打開AR&VR布局設(shè)計計算器
?布局設(shè)計工具（Layout Design tool）是Light Guide Toolbox Gold Edition中的一個特殊計算器。
?它是在Start ribbon 主窗口的Light Guides部分初始化的。
展開 光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計方法
一、 前言
光學系統(tǒng)，特別對一個比較復雜的光學系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計初期就必須根據(jù)光學儀器總體要求利用光學系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計，然后才是光學系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，像差平衡以致適當公差分配，最終獲得一個結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學系統(tǒng)。一個較復雜的光學系統(tǒng)，往往不只是幾片簡單光學零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿足光學儀器總體的多功能需求。OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序提供了一個具有特色的光學系統(tǒng)總體布局平臺，可以利用光學系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實現(xiàn)光學原理，使得在光學系統(tǒng)設(shè)計的初期完成光學系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能完成光學系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，為下一步光學系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)化及其他后期設(shè)計打下基礎(chǔ)。
圖1-1 一般光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計平臺界面
圖1-2 連續(xù)變焦光學系統(tǒng)總體布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多光路光學系統(tǒng)總體組合布局界面
二、 光學系統(tǒng)的設(shè)計輸入
在進行光學系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要明確總體對光學系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱為設(shè)計輸入?yún)?shù)，這些屬于整個光學系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。其中包括：光學系統(tǒng)的類型、系統(tǒng)目標特性、系統(tǒng)像方特性、光學系統(tǒng)總體布局要求以及對光學系統(tǒng)通光量的要求等。
有了以上設(shè)計要求方能著手光學系統(tǒng)的方案設(shè)計。以往的這段工作都是由設(shè)計人員在紙面上構(gòu)思，反復進行光學系統(tǒng)總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計的平臺。
展開 機翼防冰布局方案設(shè)計
一般是氣動力提取、空間流線、云圖。
帶冰前后升力系數(shù)曲線
云圖
在整個機翼防冰布局方案設(shè)計過程中，團隊在全機網(wǎng)格生成、流場計算、水機撞擊特性計算、二維結(jié)冰計算、計算結(jié)果后處理、混合翼設(shè)計、結(jié)冰參數(shù)相似性轉(zhuǎn)換，冰形三維成型都全面掌握應(yīng)用。
如有需要，歡迎通過公眾號聯(lián)系我們。
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雷達天線布局設(shè)計指南
事實上，角度維性能影響因素太多了，包括但不限于天線設(shè)計，天線布局設(shè)計，通道校準與補償，角度自校準，溫度影響補償，DoA算法等等，哪怕有一塊做得不夠透徹，都會成為雷達產(chǎn)品的短板。
這一期加餐聚焦于雷達布局設(shè)計。
既然講到布局，已經(jīng)默認的前提是MIMO雷達，
我們本文講MIMO雷達的天線布局問題。
基本的，我們需要考慮3條原則
確定方位及俯仰功能（功能層面）；
確定方位及俯仰孔徑（性能層面）；
方位及俯仰無模糊；
功能層面得按功能定義，如果雷達需要俯仰維度，那布局設(shè)計中需要考慮用于俯仰測角的陣元。定義好功能，也就是確定雷達在角度維能干什么，是只能測方位角還是方位俯仰一鍋端。
確定好能干什么之后，下面就要考慮能不能干好的問題，也就是關(guān)注方位和俯仰的性能，那最佳的狀態(tài)就是：理論上±90度范圍內(nèi)無模糊測角，且在該范圍內(nèi)獲得方位及俯仰盡可能高的分辨率及精度。
當然，這是美好的期望狀態(tài)，實際工程中幾乎是達不到的，不過也沒必要達到，因為在車載領(lǐng)域，我們還有一些不錯的合理假設(shè)幫我們做取舍，
方位角的性能重要程度要高于俯仰角；
俯仰角通常具有遠小于方位角的FoV；
對于第1條假設(shè)，給我們的啟示是，我們可以偏心得講更多的陣元資源（甚至全部陣列資源）導向方位維度，俯仰維度不愿意不開心也莫得辦法。
展開 光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計方法
光學系統(tǒng)，特別對一個比較復雜的光學系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計初期就必須根據(jù)光學儀器總體要求利用光學系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計，然后才是光學系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，像差平衡以致適當公差分配，最終獲得一個結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學系統(tǒng)。一個較復雜的光學系統(tǒng)，往往不只是幾片簡單光學零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿足光學儀器總體的多功能需求。OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序提供了一個具有特色的光學系統(tǒng)總體布局平臺，可以利用光學系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實現(xiàn)光學原理，使得在光學系統(tǒng)設(shè)計的初期完成光學系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能完成光學系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，為下一步光學系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)化及其他后期設(shè)計打下基礎(chǔ)。
一、 前言
有了以上設(shè)計要求方能著手光學系統(tǒng)的方案設(shè)計。以往的這段工作都是由設(shè)計人員在紙面上構(gòu)思，反復進行光學系統(tǒng)總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計的平臺。使用時只需在該程序的工具條里選擇“光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計”的功能就可順利完成光學系統(tǒng)總體方案設(shè)計工作。
在進行光學系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要明確總體對光學系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱為設(shè)計輸入?yún)?shù)，這些屬于整個光學系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。其中包括：光學系統(tǒng)的類型、系統(tǒng)目標特性、系統(tǒng)像方特性、光學系統(tǒng)總體布局要求以及對光學系統(tǒng)通光量的要求等。
展開 光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計方法
一、前言
光學系統(tǒng)，特別對一個比較復雜的光學系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計初期就必須根據(jù)光學儀器總體要求利用光學系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計，然后才是光學系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，像差平衡以致適當公差分配，最終獲得一個結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學系統(tǒng)。一個較復雜的光學系統(tǒng)，往往不只是幾片簡單光學零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿足光學儀器總體的多功能需求。OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序提供了一個具有特色的光學系統(tǒng)總體布局平臺，可以利用光學系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實現(xiàn)光學原理，使得在光學系統(tǒng)設(shè)計的初期完成光學系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能完成光學系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，為下一步光學系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)化及其他后期設(shè)計打下基礎(chǔ)。
圖1-1 一般光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計平臺界面
圖1-2 連續(xù)變焦光學系統(tǒng)總體布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多光路光學系統(tǒng)總體組合布局界面
二、光學系統(tǒng)的設(shè)計輸入
在進行光學系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要明確總體對光學系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱為設(shè)計輸入?yún)?shù)，這些屬于整個光學系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。其中包括：光學系統(tǒng)的類型、系統(tǒng)目標特性、系統(tǒng)像方特性、光學系統(tǒng)總體布局要求以及對光學系統(tǒng)通光量的要求等。
有了以上設(shè)計要求方能著手光學系統(tǒng)的方案設(shè)計。以往的這段工作都是由設(shè)計人員在紙面上構(gòu)思，反復進行光學系統(tǒng)總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計的平臺。
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一、 前言
光學系統(tǒng)，特別對一個比較復雜的光學系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計初期就必須根據(jù)光學儀器總體要求利用光學系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計，然后才是光學系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，像差平衡以致適當公差分配，最終獲得一個結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學系統(tǒng)。一個較復雜的光學系統(tǒng)，往往不只是幾片簡單光學零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿足光學儀器總體的多功能需求。OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序提供了一個具有特色的光學系統(tǒng)總體布局平臺，可以利用光學系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實現(xiàn)光學原理，使得在光學系統(tǒng)設(shè)計的初期完成光學系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能完成光學系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，為下一步光學系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)化及其他后期設(shè)計打下基礎(chǔ)。
圖1-1 一般光學系統(tǒng)總體布局設(shè)計平臺界面
圖1-2 連續(xù)變焦光學系統(tǒng)總體布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多光路光學系統(tǒng)總體組合布局界面
二、 光學系統(tǒng)的設(shè)計輸入
在進行光學系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要明確總體對光學系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱為設(shè)計輸入?yún)?shù)，這些屬于整個光學系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。其中包括：光學系統(tǒng)的類型、系統(tǒng)目標特性、系統(tǒng)像方特性、光學系統(tǒng)總體布局要求以及對光學系統(tǒng)通光量的要求等。
有了以上設(shè)計要求方能著手光學系統(tǒng)的方案設(shè)計。以往的這段工作都是由設(shè)計人員在紙面上構(gòu)思，反復進行光學系統(tǒng)總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學系統(tǒng)自動設(shè)計程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計的平臺。
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