Способ изготовления оптического элемента

191 (10 4 аз ЕТЕНИ ТЕЛЬСТВУ моментов, о т что, со приме асти ее периметру,ре на части пеастки выбирают относительно ва ец ) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54)(57) СПОСОБ ИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТАння упругой пласт.8)ША Р 4 119365,лик. 1978.ЗГОТОВЛЕНИЯ ОПпутем деформиины приложение ее краям изгибающих л и ч а ю щ и й с я целью расширения об нения путем изготов элементов двойной к щие моменты приклад участкам пластины п причем по меньшей м риметра локальные у равноудаленными оди другого. ления оптическихривизны, изгибаювают к локальнымИзобретение относится к гелиотехнике,в частности к способам изготовления оптического элемента фацетных концентраторов солнечной энергии, 5Известен способ изготовления оптического элемента путем деформирования упругой пластины приложением к ее краям изгибающих моментов. Согласно этому способу деформирование 10 упругой пластины осуществляется распределенными изгибающими моментами, обеспечивающими повышенный запас прочности и улучшенную геометрическую тбчность изготавливаемого апти ческаго элемента по сравнению со способами деформирования путем приложения нагружающих сил 1 11.Однако известным способом можно изготавливать лишь оптические эле 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 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 атносителько другого.На Фиг. 1 показаны оптические элементы прямаугольчой Формы и устройсФво их нагруження сосредоточенными изгибающими моментами, вид сбоку; на фиг, 2 - та же, вид в плане; на Фиг. 3 - оптические элементы прямоугальнс;- Формы и устройство их нагру 45 жения сосредоточенными изгибающими моментами расположенное с задней стороны оптических элементов без их затенения вид сбоку; на фиг. 4 блок цз шести прямоугольных оптических элементов с общим устройствам их нагруже.ния сосредоточенными изгибающими моментами, расположенным с задней стороны оптических элементов, вид ;.боку" на фиг. 5 - то же вид в пла 55 не; на фиг, 6 - оптический элемент прямоугольной Формы и устройство его нагружения с увеличенным количеством сосредоточенных изгибающих моментов,вид сбоку; на Фиг. 7 - та же, вид вплане; на фиг. 8 - круглый оптический элемент и устройство его нагружения сосредоточенными изгибающими моментами, вид в плане.Способ изготовления оптическогоэлемента заключается в том, чта деформируют упругую пластину 1 (Фиг. 1),прикладывая к ее краям изгибающиемоменты. Изгибающие моменты прикладывают к локальным участкам 2 (Фиг.2)пластины 1 по ее периметру, причемпо меньшей мере на части периметралокальные 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-рычаги4, тяги 5, загружатель 6, винты 7крепления и юстировки сдефармированных пластин 1, опорные узлы 8, закрепленные на тыльной стороне пластины 1, например, с помощью эпоксидного клея и шарнирно соединенныес винтами 7 для обеспечения поворотапластины 1 на небольшой угол относительно винтов 7.Устройство 3 нагружения может иметьтяги 5 (фиг, 3), расположенные с задней стороны пластины 1 и работающиена сжатие. Это уменьшает затененностьпластин 1 и упрощает юстировку.Устройство 3 нагружения (фиг. 4и 5) может быть общим для блока, например, из шести пластин 1, причемтяги 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 1сосредоточенных изгибающих моментовнапример по три локальных участка 2приложения нагрузки на каждой сторонепрямоугольной пластины 1. Устройство3 нйружения (Фиг. 8) может обеспечивать деформирование пластины 1, имеющей круглую форму. В этом случаелокальные участки 2 приложения нагрузки равно отстоят друг относительно друга по всему периметрупластины 1,Из решения обратной задачи линейной теории пластин легко показать,что плоская пластина 1 принимаетзаданную форму (сферическую, внеоИ= ЕЬ /12 К(1-/М ),8=-1/(1-), Фгде /Мо 55 севой вырезки параболоида и др,) в том 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 ц(х,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 1(х,у) малы и ими можно пренебречь для концентратов с углом раскрытия Ц 6 90 ОДля получения сферической поверхности достаточно приложить к контуру пластин 1 постоянный изгибающий момент где Е - модуль упругости материала пластины 1;- коэффициент Пуассона; толщина пластины 1; К - радиус кривизны оптического элемента,При этом ее напряженное состояние будет однородным и равнымЭкспериментальные исследования изготавливаемых оптических элементов проводились на зеркальных квадрат. - ных пластинках при различных видах нагружения и опирания 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 уменьшением расстояниямежду полосами муара напряженияизгиба возрастают (обратно пропорционально расстоянию),5 Изготовление оптического элементапутем деформирования зеркальной квадратной пластинки приложением сосредоточенных сил приводит к тому, чтоповерхность пластинки не являетсясферической. При этом в углах и накраях пластинки наблюдаегся возрастание кривизны, а следовательно, ивозрастание напряжений изгиба. Аберрации такой поверхности значительны.Деформирование зеркальной квадратнойпластинки сосредоточенными изгибающими моментами дает наилучшее приближение к сферической форме, причемувеличение числа приложенных сосре-,доточенных изгибающих моментов дотрех с каждой стороны пластинки повышает точность геометрической формыоптического элемента по сравнениюсо случаем приложения двух сосредоточенных изгибающих моментов.Способ изготовления оптическогоэлемента осуществляют следующим образом.Загружатели б (фиг 1) создаютЗо в тягах 5 усилия, которые с помощьюкронштейнов-рычагов 4 преобразовываются в сосредоточенные изгибающиемоменты, прикладываемые к локальнымучасткам 2 (фиг. 2) на краях пласти 35 ны 1 по ее периметру, Приложениеэтих моментов создает поворот пластины 1 .в опорных узлах 8. При равенстве плеча кронштейнов-рычагов 4 форма получаемого оптического элемента40 приближается к сферической. Можетбыть осуществлено управление формойоптического элемента при подключенииэагружателей 6 к системе слежения.Величина сосредоточенного изгибаю 45 щего момента рассчитывается по форму- ле О- распределенный изгибающиймомент вдоль части периметра пластины 1, на которойпроисходит его замена сосредоточенным изгибающиммоментом;О, - расстояние между соседннмнлокальными участкамнПричем расстояние О между участками 2 количество и. причож. ивг с 1 сЭ10938 редоточенных моментов,фс и длина 3 стороны пластины 1, имеющей форму в плане, отличную от овала, связаны соотношением5См . (г 1 Я )Для овальной формы пластины 1(в плане) число ф локальных участков2 (фиг. 8) должно быть не менее пяти(В.1 5) . Деформирование пластины 1сосредоточенными изгибающими моментами, приложенными на краю по еепериметру, обеспечивает получениезаданной геометрической формы изготавливаемого оптического элемента сминимальными напряжениями изгибав материале оптического элемента,что позволяет использовать способдля изготовления оптических элементов, имеющих двойную кривизну, наименьшие аберрации и наибольшуюпрочность и долговечность.1093879 2 мокос ов Редактор О.Буги Тираж 711 Государственн елам изобретен Москва, Ж,П СРЗаказ 3405/31ВНИИПИ сно го комитетай и открытийаушская наб,п 1303