超大口徑全可動望遠鏡結(jié)構(gòu)選型及精度控制.pdf

1、中科院、國家發(fā)改委及新疆自治區(qū)將在奇臺建造一口直徑為110m的地面全可動射電望遠鏡。建成投入使用后,其口徑將成為世界之最,性能將達到國際領(lǐng)先水平。
　　然而建造如此超大跨度的望遠鏡,從結(jié)構(gòu)技術(shù)角度最為突出的問題如下:傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案存在若干不合理之處,僅自重作用就顯著降低了主反射面精度(也稱主反射面RMS),制約了其性能的發(fā)揮;同時迎風(fēng)姿態(tài)多樣造成主反射面風(fēng)壓分布復(fù)雜以及日照作用引起的非均勻溫度場,均嚴重影響了主反射面RMS值;此外,

2、電磁波在副反射面聚焦而產(chǎn)生的“太陽灶”效應(yīng)也應(yīng)引起重視。
　　圍繞上述關(guān)鍵科學(xué)問題,以控制主反射面RMS值為主線,提高主反射面精度為目標,本文擬從如下四方面展開研究:
　　1、射電望遠鏡結(jié)構(gòu)總體方案改進與優(yōu)化
　　以提高主反射面精度為目標,首先對全可動望遠鏡結(jié)構(gòu)工作原理及反射面RMS擬合方法進行介紹;其次分析了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案精度較低的本質(zhì)原因為:主反射面存在集中荷載作用、背架結(jié)構(gòu)支承方案不合理、背架結(jié)構(gòu)體系空間受力性能不

3、佳?；诖?分別對其進行改進或創(chuàng)新,提出了一種新型高效的全可動望遠鏡結(jié)構(gòu)總體方案,有效的提高了反射面精度。
　　2、背架結(jié)構(gòu)截面優(yōu)化、幾何參數(shù)分析與最佳安裝角度的確定
　　以主反射面精度為優(yōu)化目標,引入遺傳算法并進行改進,對背架結(jié)構(gòu)進行截面優(yōu)化,獲得了一組較優(yōu)的截面尺寸;在此基礎(chǔ)上,對除截面尺寸以外的其它幾何變量進行參數(shù)分析,探討了它們對反射面RMS的影響程度。同時,仍以提高反射面精度為目標,利用梯度法的基本思想對望遠鏡背架

4、結(jié)構(gòu)的最佳安裝角度進行了優(yōu)化確定。
　　3、反射面結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性及其對精度的影響
　　采用風(fēng)洞試驗和CFD數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方案,對一類典型反射面(焦徑比為0.3)結(jié)構(gòu)展開各迎風(fēng)姿態(tài)下的風(fēng)荷載及風(fēng)振響應(yīng)特性分析,獲得了適用于該類結(jié)構(gòu)設(shè)計的風(fēng)荷載取值?；诖?對既定的望遠鏡結(jié)構(gòu)分別進行了生存風(fēng)速和工作風(fēng)速下的結(jié)構(gòu)性能分析,評估了望遠鏡結(jié)構(gòu)的力學(xué)可靠性,探討了各類荷載對反射面RMS的影響,為后續(xù)反射面促動器的變形調(diào)控提供參考依