定日镜镜面弯曲机构设计和面形优化.pdf

第49卷第11期 机械工程学报 Vbl．49No．1l 201 3年6月 Jun． 2O13 JOURNALOFMECH枷CALENGINEERING DoI：10．3901，JME．2013．11．036 定日镜镜面弯曲机构设计及面形优化 孟力 尤政 (清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084) 摘要：塔式太阳能热电站存在着定日镜面形精度不足，反射光斑尺寸大的问题，限制着系统的转化效率和成本。针对该问题， 通过光学分析建立理想定日镜面形模型，该面形为随时问与位置变化的抛物面的一部分；基于板壳力学提出一种平板弯曲机 构，与传统镜面采取的一致刚度分布不同，对方形平板进行二维刚度分布设计，使简单、低成本的弯矩输入载荷可以实现定 日镜所需面形；基于有限元分析、光线追迹、牛顿迭代优化等数值程序，计算机构对给定时刻太阳角的最优面形，以及在全 年太阳角分布下静态最优化面形的平均光学效率；设计制造定日镜面形试验系统并进行了原理试验；仿真与试验结果表明， 机构实现面形可有效减小反射光斑尺寸，效率高于普通平面镜，且结构简单成本低，易于制造与现场装调，为实际系统设计 提供了参考思路。 关键词：定目镜平板弯曲机构刚度设计太阳能光热技术 清洁能源 中图分类号：TK513 and HeliostatSurfaceDeformationMechanism Shape Design MENGLiYOU Zheng Measurementand ofPrecision Instruments， (StateLaboratory Technology Key Tsinghua 100084) University,Beijing solar towerhasthe thattheheliostatshavelow and limits Abstract：Concentratingpower problem precisionshapeslargespot，which the conversion and this idealheliostatmodelisbuiltbasedon shape optical system efficiencyCost．Regardingproblem，firstly,the is the t fromtheconventionalmirror with mechanism basedon compliant proposed plateendingtheory．Different design analysis．A distributedstiffness tailoredthetwo-dimensionalstiffnessofasquareplate，whichpermitted uniformly profile，theproposeddesign toUSe of