Курсовая работа: Компьютерный метод оптимизации конструкции осветителей прожекторного типа

Области применения СП в народном хозяйстве весьма разнообразны, без них не обходится ни одна сфера деятельности современного человека. Прежде всего это СП внутреннего (производственные помещения, рудники и шахты, общественные и- жилые помещения) и наружного освещения, а также аэродромные, морские, речные, транспортные, сельскохозяйственные и медицинские СП. Большую группу образуют СП для внутренней и наружной сигнализации, световые указатели, рекламные и информационные табло, навигационные и дорожные знаки. Отдельные группы СП используются в экстремальных средах (под водой, в космосе).

Следует отметить, что без специальных СП вообще невозможно освещение взрыво- и пожароопасных помещений, создание больших концентраций светового потока на малых поверхностях или в малых объемах, а также рациональное применение мощных современных источников света.

1.2 Свойства параболоидного отражателя прожектора

Свойства параболы позволяет получать наибольшую концентрацию излучения в требуемых направлениях пространства. При вращении параболы вокруг оптической оси образуется поверхность второго порядка — параболоид вращения — один из основных видов отражателей световых приборов прожекторного типа [3].

Зеркальные отражатели прожекторов должны иметь форму, удовлетворяющую требованию максимальной концентрации светового потока источника. Это предполагает вполне определенный ход фокальных падающих и отраженных световых лучей. В любой меридиональной плоскости фокальный луч, падающий на отражатель под некоторым углом φ к оптической оси ΟΖ , после отражения должен пойти параллельно этой оси. Следовательно, углы, ориентирующие падающие и отраженные фокальные лучи, связаны между собой следующими зависимостями: φ=var, α=const=0 [1].

В аналитической геометрии известен ряд поверхностей, удовлетворяющих этому условию. Нетрудно убедиться, что одной из таких поверхностей является поверхность второго порядка

X² +Y² =2ΡΖ (1.1)

образованная вращением параболы вокруг оси FZ и и называемая параболоидом вращения. Действительно, для этого достаточно вспомнить определение диаметра параболы (рис. 1.1) как прямой, параллельной оси параболы, и свойство нормали быть биссектрисой угла между фокальным радиусом-вектором и диаметром, проходящим через точку касания. Следовательно, любой фокальный луч, упавший на некоторую точку отражателя, ориентируемую полярным углом φ , составит с нормалью угол ί=φ/2 и после отражения пойдет параллельно оптической оси [1].

Зеркальные параболоидные отражатели могут быть металлическими и стеклянными. В первом случае оптический расчет не составляет труда, так как луч, падающий на некоторую точку поверхности, ею и отражается. Следовательно, ее профильная кривая рассчитывается по уравнению параболы. В стеклянном отражателе, когда с целью предохранения отражающего металлического слоя его наносят на тыльную поверхность, оптический расчет усложняется, так как в этом случае необходимо учесть не только отражения, но и преломления фокального луча [1].

Рис. 1.1.Параметры параболы

Уравнения параболы — профильной кривой металлического отражателя. Расчет координат профильной кривой лицевой поверхности металлического отражателя проводится по уравнениям параболы или в полярной системе координат совмещенной началом с фокусом параболоида, а также в прямоугольной системе координат Ζ, X, начало которой совмещено с вершиной параболы. Точка M профильной кривой определяется полярным углом и фокальным радиусом-вектором:

(1.2)

где Р , f — фокальный параметр и фокусное расстояние параболы соответственно.

Прямоугольные координаты точки Μ определяются по каноническому уравнению параболы:

(1.3)

Если положить D=2Xmax , то D² = 16/Zmax .

Радиус-вектор параболы выражается через фокусное расстояние и координату Ζ (рис. 1.1):

(1.4)

Координата X точки Μ может быть выражена через фокусное расстояние и угол:

(1.5)

Диаметр светового отверстия параболоидного отражателя находится из (1.5):

(1.6)

где — половина плоского угла охвата отражателя.

Зная радиус светового отверстия, нетрудно найти его площадь:

(1.7)

Отражающие покрытия металлических отражателей могут быть серебряные, хромированные, алюминированные, родированные и т. п. Некоторые металлические покрытия (серебро, алюминий) требуют специальных защитных средств в виде бесцветных оксидных кремниевых пленок и специальных лаков. В настоящее время наиболее распространены металлические или стеклянные отражатели, лицевая поверхность (обращения к источнику) которых имеет зеркальное покрытие, нанесенное вакуумным алюминированием. Часто применяются алюминиевые отражатели, зеркальный слой образован с помощью альзак-процесса. Интегральные коэффициенты отражения зеркальных покрытий имеют значения 0,70—0,90 [1].

Металлические отражатели применяются главным образом в тех случаях, когда требования к оптической точности отражателей невелики.

Изготовление параболоидных стеклянных отражателей высокой точности весьма сложно прежде всего из-за специальной формы наружной поверхности. Поэтому применяются в основном двойные параболоиды, т. е. такие отражатели, у которых как внутренняя, так и наружная поверхность имеют параболоидную форму [2].