[发明专利]一种组合非球面反射型太阳能聚光镜镜面的设计方法

摘要

本发明公开了一种组合非球面反射型太阳能聚光镜镜面的设计方法，本方法在将旋转抛物面分割成若干段的反射镜，用非球面代替旋转抛物面可以使反射镜面的设计有多个自由度，使聚光镜镜面面型有更多选择，从而更方便的达到偏轴聚焦。在确定偏轴聚焦点的情况下，可以利用本发明方法确定作为反射镜镜面的非球面方程，获得组合非球面镜中38片组成部分。对于使用本发明方法的设计结果可以根据具体的非球面方程通过数控机床加工成模具，实现流水线生产，加工工艺简单。此外，本发明中的方法是通过计算机编程实现的，具有快时、方便等优点，在太阳能应用领域特别是在非球面太阳能聚光镜设计领域具有一定的应用前景。

主权项

1. 一种组合非球面反射型太阳能聚光镜镜面的设计方法，其特征在于包含下述步骤：（1）对于偶次非球面方程上式中，，x，y，z为直角坐标系的三个坐标量，中心旋转轴为Y轴，y为曲面的弯曲量，C为二次曲面的顶点曲率, 1+a₂为二次曲面系数,  a₂与二次曲面的离心率有关， a₄, a₆, a₈, a₁₀, a₁₂, a₁₄, a₁₆为非球面方程中多项式各高次项的系数；取入射太阳光束平行于XOY面并与Y轴成θ角，则入射光线行进方向上的单位向量为，其中，α₁=-sinθ, β₁=-cosθ，γ₁=0为在X，Y，Z轴上的分量，由入射光线和非球面方程求出它们的交点P(x,y,z)；（2）根据非球面方程求P点处的法矢量；（3）对入射光线矢量、P点处的法矢量用反射定律的矢量形式进行运算操作，得到该点处反射光线矢量；（4）确定过坐标原点O处的反射光线上任一点P′(x′, y′, 0)为太阳光束聚焦点，x′=-y′tanθ；（5）取不过O点的任一反射光线上的一点P ′′(x′,y′′,z′′)P′′与P′之间的距离，其中；（6）将入射光束在XOZ平面内投影圆从Z轴开始平均分成38个扇形，在每个扇形的两条边缘半径上各均取n个点，n≥20，计算过这2n个点的入射光线与非球面交点上反射光线的R值的加权和：，i为光线序号，q_i为权重；（7）把作为粒子群算法中的适应度函数，把非球面参数C, a₂, a₄, a₆, a₈, a₁₀, a₁₂, a₁₄, a₁₆作为粒子群算法中的优化量，进行最小值的优化操作，得到一组非球面参数C, a₂, a₄, a₆, a₈, a₁₀, a₁₂, a₁₄, a₁₆的值以及最大h值h_max，截取在扇形两条边缘半径上的入射光线之间的此非球面部分作为组合非球面的一部分，如此进行38次操作，得到38组非球面参数C, a₂, a₄, a₆, a₈, a₁₀, a₁₂, a₁₄, a₁₆以及38组h_max所对应的非球面截取部分；（8）把38组截取部分按截取位置组合起来就得到了组合非球面太阳能聚光镜镜面。