Вращающаяся печь

Вращающаяся печь — устройство для изготовления твёрдых предметов, имеющих вогнутые поверхности, представляющие собой сегменты осесимметричных параболоидов . Обычно предметы изготавливаются из стекла . В печи используется тот факт, который был известен еще Ньютону , что форма верхней поверхности вращающейся жидкости, вызванная центробежной силой, представляет собой вогнутый параболоид, идентичный форме главного фокусирующего зеркала отражающего телескопа.

Параболоиды можно использовать по-разному, в том числе (после посеребрения ) в качестве главных зеркал в телескопах-рефлекторах и солнечных плитах . ^[1]

Дизайн

Печь включает в себя механизм, который вращает контейнер с открытым верхом с постоянной скоростью вокруг вертикальной оси. Количество стекла, достаточное для изготовления зеркала, помещают в контейнер, нагревают до его полного расплавления, а затем дают ему остыть, продолжая вращаться до полного затвердевания. Когда стекло твердое, вращение прекращается и сохраняется параболоидная форма его верхней поверхности. ^[2]^[3] Этот процесс называется спин-литьем .

Тот же процесс можно использовать для изготовления линзы с вогнутой параболоидной поверхностью. Другая поверхность сформирована контейнером, в котором находится расплавленное стекло, выполняющим роль формы. Линзы, изготовленные таким способом, иногда используются в качестве объективов в телескопах-рефракторах .

Ось вращения становится осью параболоида. Эта ось не обязательно должна находиться в центре стеклянного контейнера или даже проходить через контейнер. Поместив контейнер в сторону от оси, можно отлить внеосевые параболоидные сегменты. Это делается при изготовлении очень больших телескопов, зеркала которых состоят из нескольких сегментов.

Математическая модель

Скорость вращения и фокусное расстояние

Фокусное расстояние параболоида связано с угловой скоростью вращения жидкости уравнением: $2f\omega ^{2}=g$ , где $f$ фокусное расстояние, $\omega$ - скорость вращения, а $g$ это ускорение свободного падения . На поверхности Земли, $g$ составляет около 9,81 метра на секунду в квадрате, поэтому $f\omega ^{2}\approx 4.905$ метр на секунду в квадрате. ^[3] Эквивалентно, поскольку 1 радиан в секунду составляет около 9,55 оборотов в минуту ( об/мин ), $fs^{2}\approx 447$ , где $f$ — фокусное расстояние в метрах, а $s$ - скорость вращения в об/мин.

Использование

Как правило, параболоид, отлитый с помощью вращения, недостаточно точен, чтобы его можно было немедленно использовать в качестве зеркала или линзы телескопа, поэтому его корректируют с помощью шлифовальных станков с компьютерным управлением. Объем измельчения и масса потраченного впустую стеклянного материала намного меньше, чем потребовалось бы без прядения.

Спиновое литье также можно использовать, часто с материалами, отличными от стекла, для производства прототипов параболоидов, таких как отражатели прожекторов или концентраторы солнечной энергии, которые не обязательно должны быть такими же параболоидными, как зеркала телескопа. Вращательное литье каждого изготовленного параболоида было бы слишком медленным и дорогостоящим, поэтому прототип просто копируется относительно быстро, дешево и с достаточной точностью.

Телескопы с жидкими зеркалами имеют вращающиеся зеркала, состоящие из жидкого металла, такого как ртуть или легкоплавкого сплава галлия , . Эти зеркала не затвердевают и используются в жидком и вращающемся состоянии. Вращение превращает их в параболоиды, которые достаточно точны, чтобы их можно было использовать в качестве первичных отражателей в телескопах. По сравнению с зеркалами из литого стекла, которые требуют коррекции из-за искажений, возникающих во время и после затвердевания, эти зеркала не требуют такой коррекции.

См. также

Ссылки

^ «Использование вращающихся жидкостей для упрощения конструкции параболических концентраторов солнечной энергии» .
^ Дирикс, П. (2000). «Оптическое производство в целом» . Материалы конференции и семинара Европейской южной обсерватории . 57 : 224. Бибкод : 2000ESOC...57..224D .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Ниномияа, Юичи (1979). «Параболическое зеркало, изготовленное методом вращения: его изготовление и дефекты». Прикладная оптика . 18 (11): 1835–1841. Бибкод : 1979ApOpt..18.1835N . дои : 10.1364/AO.18.001835 . ПМИД 20212558 . S2CID 122277262 .

[1] «Использование вращающихся жидкостей для упрощения конструкции параболических концентраторов солнечной энергии» .

[2] Дирикс, П. (2000). «Оптическое производство в целом» . Материалы конференции и семинара Европейской южной обсерватории . 57 : 224. Бибкод : 2000ESOC...57..224D .

[:0-3] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Ниномияа, Юичи (1979). «Параболическое зеркало, изготовленное методом вращения: его изготовление и дефекты». Прикладная оптика . 18 (11): 1835–1841. Бибкод : 1979ApOpt..18.1835N . дои : 10.1364/AO.18.001835 . ПМИД 20212558 . S2CID 122277262 .

[1]

[2]

[3]