Выбор размеров отражателя фары

Отражатель призван концентрировать световой поток, излучаемый источником света в ограниченном телесном угле, создавая тем самым большую силу света.
В качестве отражателя применяют параболоид вращения, поскольку он концентрирует световой поток точечного источника света в нулевой телесный угол, т. е. в пучок параллельных лучей.

Параболоид образован вращением параболы вокруг своей оси. На рис. 3-2 изображено меридиональное сечение параболоида плоскостью хОу, представляющее собой параболу АОВ.

Реальный параболоид обычно ограничен плоскостью перпендикулярной оси, образующей выходное отверстие отражателя диаметром D, через которое свет выходит наружу. Какое-либо другое отверстие на отражающей поверхности отражателя называют «слепым».
Фары обычно характеризуют световым отверстием, за которое принимается диаметр активной поверхности рассеивателя, на 8—12 мм больший выходного диаметра отражателя. В прямоугольной системе координат с центром 0 в вершине параболоида и осью х, совпадающей с осью параболоида, его уравнение имеет вид:

В системе полярных координат с полюсом в фокусе уравнение параболоида имеет вид

где р— радиус-вектор точки, лежащей на поверхности- параболоида; ф — угол между радиус-вектором р и полярной осью.
Полярная ось совпадает по направлению с осью- параболоида и направлена из фокуса F к его вершине; таким образом, углы ф<90° дают положительный, а углы ф>90° — отрицательный cos ф.

Положение выходного отверстия характеризуется'' углом охвата 2фтаж, который связан с диаметром выходного отверстия соотношением
(3-3)

Таким образом, основные размеры параболоидного отражателя фары характеризуются следующими параметрами:
I — фокусным расстоянием;
D — диаметром выходного отверстия, который для автомобильных фар ограничен конструктивными и эстетическими соображениями, и определяет максимальную осевую силу света.
Углом охвата, от которого зависит использование светового потока нити накала, помещенной в фокусе отражателя.

Определение оптимальных размеров отражателя фары производится из следующих соображений.

Как было указано ранее, с увеличением угла охвата 2фтаж повышается использование светового потока нити накала, но при этом увеличивается относительная глубина отражателя, характеризуемая отношением х/D (рис. 3-2), что затрудняет его изготовление. Чтобы установить целесообразный угол охвата, представим графически зависимость приращения, используемого отражателем светового потока ДФ, и относительной глубины отражателя Х\ jD от угла охвата, который будем для удобства характеризовать его поло- винным значением.

Из рисунка видно, что с ростом угла охвата свыше 110° (2фтаж=220°) нарастание используемого светового потока резко падает, в то время как относительная глубина отражателя резко увеличивается. Целесообразность ограничения угла охвата значением ф=11010 подтверждается огромным большинством известных оптических элементов разных фирм.
При таком угле охвата получаем:
D = 5,71 f.
Европейские фирмы приняли для этих диаметров фокусные расстояния соответственно 27 и 22 мм, что дает угол охвата фтаж=П5 и 114°. Применение нашли также отражатели с фокусным расстоянием  при диаметре D=136 мм, что дает угол охвата фтаж=121°.

Несколько сложнее обстоит дело с выбором оптимальных размеров прямоугольных отражателей, завоевывающих в связи с совершенствованием технологии их изготовления все большее признание.
С одной стороны, уменьшение вертикального размера прямоугольного отражателя фары при данном фокусном расстоянии компенсируется увеличением горизонтального диаметра его светового отверстия и это позволяет улучшить освещенность при дальнем свете, осевая сила света которого пропорциональна площади светового отверстия отражателя. С другой стороны, требуются большие углы охвата для улучшения освещенности на ближнем свете от расфокусированной вперед соосной нити накала, поскольку при выдвижении ее из фокуса вперед уменьшается фактический угол охвата излучаемого ею светового потока.

Изложенные соображения устанавливают ограничения для соотношения D/if. Фокусное расстояние частично определяется высотой светового центра ламп, используемых в фарах; оно обычно выбирается так, чтобы расстояние между фокусом и вершиной отражателя фары было достаточным для удобного размещения лампы. Впрочем, это условие не является обязательным, так как при наличии «слепого» отверстия нижняя часть колбы и цоколь лампы могут быть размещены вне вершины параболоида. В цельностеклянном оптическом элементе (лампе-фаре) нити накала также должны быть расположены достаточно далеко от спаев стекла.

• < Методы расчета светораспределения фар с парабалойдным отражателем
• Требуемая дальность освещения фар для обнаружения препятствий >