氙灯水平点燃太阳模拟器灯单元设计摘要：在进行KFTA太阳模拟器的设计中，文章首次采用了氙灯水平点燃的灯单元设计方案。氙灯水平点燃既可以提高太阳模拟器的能量利用率，又降低了成本，节省了人力、物力，但同时又面临着许多新的问题，例如灯的稳弧、灯的水平调节机构以及灯在使用过程中需注意的问题等。文章正是从以上各个方面阐述了KFTA太阳模拟器灯单元的设计思想及方法。关键词：太阳模拟器；灯单元；氙灯：V524.2文献标识码：A：1673-1379(2009)01-0060-031前言随着航天器的研制和深空探测技术的深入发展，对太阳模拟器的研制需求也越来越迫切。目前我们正在研制辐照面直径为600mm、离轴角25°的KFTA小型太阳模拟器正是适应这种任务需求的。该模拟器采用氙灯水平点燃、光线水平入射的离轴准直光学系统技术方案，这在国内尚属首次。该方案的特点是去掉了平面反射镜，由此提高了太阳模拟器的能量利用率，从而降低了制造成本和使用成本。在此同时也带来了新的难题，即氙灯水平点燃时的灯单元的设计问题。KFTA太阳模拟器光学系统的组成包括准直镜组件、窗口组件、光学积分器和灯室组件等，参见图1。灯室组件又包括灯单元、聚光镜、光屏、光学挡板及其机械结构。其中灯单元由氙灯、氙灯调节结构以及风冷系统组成。因此，灯单元是灯室乃至整个太阳模拟器中的关键部件之一。2灯单元设计思想及技术要求2.1灯单元设计思想氙灯采用水平点燃方式。灯单元机构由灯架、调节机构、触发器支架、氙灯的接线端子及线缆组成，参见图2。图2KFTA太阳模拟器灯单元设计图Fig.2LampmoduleofKFTAsolarsimulator灯架用于直接支撑氙灯，它由一个Z形底板和两侧的支撑板构成，分别支撑氙灯的阴极和阳极端。由于氙灯点燃后会产生很高的温度，根据物体热胀冷缩的原理，必须保证氙灯阳极端沿氙灯轴线方向可以自由伸缩，用于释放热膨胀带来的应力，保证氙灯的安全使用。因此，氙灯的支撑采用阴极端固紧、阳极端自由放置在支撑板上的原则。灯架固定在调节机构上，由调节机构带动灯架来实现氙灯X向（左右向）、Y向（沿光轴方向）的位移调节。调节机构由二维的导轨、滑块结构组成。1.准直镜组件；2.窗口组件；3.光学积分器；4.灯室组件；5.电源图1KFTA太阳模拟器光学系统Fig.1OpticalsystemofKFTAsolarsimulator————————————收稿日期：2008-10-17；修回日期：2008-11-07作者简介：向艳红（1977-）,女,硕士学位,主要从事空间太阳辐照模拟技术研究和卫星红外遥感器辐射定标技术研究。联系电话:（010）68746659-12；Email:xyanhong@sohu。灯架调节机构A向艳红等：氙灯水平点燃太阳模拟器灯单元设计61触发器支架用于支撑触发器。由于氙灯为阴极触发，所以，根据触发器的尺寸将其设置在距离氙灯阴极较近的位置。氙灯的接线端子包括氙灯的阴极、阳极接线端子。这些端子件均考虑有与灯室筒体装配时所需要的绝缘环节。线缆主要包括氙灯阴阳极、触发器以及氙灯电源之间的连接线缆。2.2灯单元技术要求(1)光源采取德国OSRAM10000W风冷短弧氙灯；(2)调节机构：X向（左右方向）调节范围为±3mm；Y向（光轴方向）调节范围为±10mm；(3)灯与支撑结构之间考虑绝缘。图4阴极端支撑结构Fig.4Supportingstructureofxenoncathode灯组件的阳极端放置在灯架的阳极支撑板上，阳极端以及阳极支撑之间不固定，以避免由于热膨胀所造成的附加应力，参见图5。3KFTA太阳模拟器灯单元设计3.1氙灯灯架氙灯灯架用于直接支撑氙灯。设计原则为氙灯阴极端固紧，阳极端自由支撑。确保氙灯在点燃后，阳极端可以沿氙灯轴线方向释放由于高温引起的热膨胀应力。由于氙灯阳极端引出有线缆接线端子，而阴极端没有，需要通过阴极端小轴来实现其导电和支撑。因此，在设计灯架时，阳极端只需考虑支撑需求，而阴极端既要考虑支撑需求，又要考虑导电需求。氙灯的阴极端小轴作为导电引出端，首先设计一个阴极接线端子和氙灯阴极端小轴固紧，形成了灯组件，参见图3。此时，灯具有了阳极引出线（产品自带）和阴极接线端子，在此基础上再考虑灯组件的支撑。图5阳极端支撑结构Fig.5Supportingstructureofxenonanode灯架的阳极支撑板是受热最为严峻的部件。...