FAST主動反射面支承結構理論與試驗研究.pdf

1、反射面的面積是衡量射電望遠鏡性能的主要指標之一，只有擁有更大的接受面積才能觀測到更多、更遠的天體。自重和風荷載的作用會引起反射面的形狀變化，從而降低反射面的形狀擬合精度，影響望遠鏡電性能，如何更有效支承反射面一直是建造更大口徑射電望遠鏡的瓶頸。1994年中國天文學家提出了利用貴州喀斯特洼地，建造500m口徑具有主動反射面的大型射電望遠鏡FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescop

2、e）的計劃，建成之后將是世界上正在建造及計劃中的口徑最大、最具威力的單口徑射電望遠鏡。但是FAST的口徑大、地貌復雜、精度高及反射面的主動性等特點同時也對其反射面支承結構提出了更高的要求。在對FAST反射面支承結構的前期研究中還未找到合適（或完善）的反射面支承結構形式。鑒于此，本文結合FAST的功能要求和特點，對采用柔性的拉索支承反射面的方案進行了系統(tǒng)研究。
　　提出了采用“整體索網(wǎng)結構＋背架結構”共同支承FAST反射面的總體方案

3、，對索網(wǎng)網(wǎng)格的劃分方式、單元網(wǎng)格的尺寸、及下拉索的布置方式分別進行了研究，得到了整體索網(wǎng)結構的具體結構形式及關鍵參數(shù)。
　　從不同角度對FAST反射面整體索網(wǎng)結構進行了系統(tǒng)的研究，首先，對整體索網(wǎng)結構初始形態(tài)分析方法進行了研究，并結合索網(wǎng)網(wǎng)格劃分特性提出了初始形態(tài)應力優(yōu)化方法，研究了不同背架結構自重對整體索網(wǎng)結構各項性能指標的影響；其次，對索網(wǎng)結構工作態(tài)變位（望遠鏡的尋源和跟蹤）模擬方法進行了研究，并對索網(wǎng)結構的變位響應規(guī)律進行了

4、大量的統(tǒng)計分析，得到了比較實用的FAST整體索網(wǎng)結構變位響應統(tǒng)計方法，在此基礎上對工作態(tài)反射面的變位策略進行優(yōu)選，得到較合理的變位模式；第三，對索網(wǎng)結構在不同荷載態(tài)的受力性能進行了分析，并針對反射面的工作原理，提出了減小由風荷載引起的反射面變形的方法，同時結合FAST反射面的工作原理，提出了溫度補償方法以減小溫度荷載對結構的響應；最后，在對索網(wǎng)結構的三種狀態(tài)（基準態(tài)、工作態(tài)和荷載態(tài)）分別研究的基礎上，對FAST索網(wǎng)結構的設計方法進行了研

5、究，得到簡單實用的設計方法，并編制了相應的計算程序模塊。
　　結合FAST對反射面的高精度要求，提出了FAST反射面背架結構保形設計方法；對FAST反射面背架結構進行了選型及優(yōu)化研究，提出了空間網(wǎng)格結構、弦支結構、混合結構等多種背架結構可能的結構形式，并對每種結構形式進行了詳細的參數(shù)分析，得到了其各項性能指標隨不同參數(shù)的變化規(guī)律，最后提出了幾種較優(yōu)的結構形式，為今后的背架結構試驗和設計提供了詳細的資料。同時對背架結構與整體索網(wǎng)結構

6、的連接節(jié)點形式進行了詳細的探討，提出了兩種可能的構造形式：滑動式節(jié)點和機械式節(jié)點。
　　為了驗證FAST各項子課題所取得的系列理論成果，中國科學院國家天文臺在密云觀測站建立了一口徑為30m的縮尺試驗模型，同時該模型也將作為一科學觀測儀器投入使用。本文從FAST30m模型反射面支承結構的設計、建造及試驗等方面展開了研究：對模型的關鍵部件分別進行了試驗研究；對整體索網(wǎng)結構的基準態(tài)成形數(shù)值模擬方法進行了研究，并在此基礎上提出了較優(yōu)的基準