Bestimmung der optimalen Strahlerausrichtung für eine geforderte Flussdichteverteilung zur Entwicklung eines Softwaretools am Hochleistungsstrahler Synlight

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit wird ein Software-Tool zur Versuchsplanung in der Großforschungsanlage Synlight des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt entwickelt. Dazu wird die Flussdichteverteilung der Xenon-Kurzbogen-Lampen mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von 7 kW�� mittels einer bivariaten Laplace-Verteilung modelliert und die Eignung des Modells anhand der Messung einzelner und mehrerer Strahler im Verbund getestet. Zunächst wird ein mathematisches Positionsmodell hergeleitet, welches die zielgerichtete Positionierung der Module zur Fokussierung auf einen Zielpunkt unterstützt und Informationen über den Einstrahlwinkel auf die Zielfläche liefert. Ein Punkteraster auf der Zielfläche ermöglicht eine Zielpunktstrategie zur Erzeugung einer Flächenbestrahlung. Die Flussdichteverteilung einer Lampe mit elliptischem Konzentrator wird über eine zweidimensionale Dichtefunktion als Annäherung zur Laplace-Verteilung beschrieben. Die Verzerrung des Strahlungsabbilds auf einer ebenen Bestrahlungsfläche wird über die Standardabweichungen unter Einfluss des Einstrahlwinkels modelliert. Über einen semi-empirischen Ansatz werden der Wert der maximalen Flussdichte und die Strahlungsleistung individuell in die Modellierung der Flussdichteverteilung jedes Strahlers eingebracht. Positions- und Flussdichtemodell werden in einem Software-Tool vereinigt. Über das Programm können alle Einstellungen zum Aufbau eines Bestrahlungsmessversuchs vorgenommen werden. Es ermöglicht die methodische Ausrichtung aller Strahler des Solarsimulators auf das Zielpunktraster. Es wird ein Homogenisierungsalgorithmus aufgebaut, der für eine gleichmäßige Ausleuchtung einer Bestrahlungsfläche sorgt. Der Algorithmus verteilt die Anzahl der Strahler in gleichen Abständen über das Zielpunktraster auf die Fläche. Das SoftwareTool errechnet die Flussdichteverteilung und stellt diese graphisch dar. Der Vergleich von Messung und Modell zeigen sowohl für Bestrahlungsversuche mit einzelnen Strahlern als auch mit mehreren Modulen große Übereinstimmung der Flussdichtewerte auf der Bestrahlungsfläche. Deformierungen des Reflektors und über die Zeit schwindende Lichtkonzentration der Module führen zu Abweichungen zwischen den Ergebnissen von Modell und Messung.