超大口徑全可動(dòng)望遠(yuǎn)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(tái)建造一口直徑為110m的地面全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡。建成投入使用后,其口徑將成為世界之最,性能將達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
　　然而建造如此超大跨度的望遠(yuǎn)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(shí)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(chǎng),均嚴(yán)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(biāo),本文擬從如下四方面展開研究:
　　1、射電望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)總體方案改進(jìn)與優(yōu)化
　　以提高主反射面精度為目標(biāo),首先對(duì)全可動(dòng)望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)工作原理及反射面RMS擬合方法進(jìn)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?yàn)?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(duì)其進(jìn)行改進(jìn)或創(chuàng)新,提出了一種新型高效的全可動(dòng)望遠(yuǎn)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(biāo),引入遺傳算法并進(jìn)行改進(jìn),對(duì)背架結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)除截面尺寸以外的其它幾何變量進(jìn)行參數(shù)分析,探討了它們對(duì)反射面RMS的影響程度。同時(shí),仍以提高反射面精度為目標(biāo),利用梯度法的基本思想對(duì)望遠(yuǎn)鏡背架

4、結(jié)構(gòu)的最佳安裝角度進(jìn)行了優(yōu)化確定。
　　3、反射面結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性及其對(duì)精度的影響
　　采用風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方案,對(duì)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(jì)的風(fēng)荷載取值?；诖?對(duì)既定的望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了生存風(fēng)速和工作風(fēng)速下的結(jié)構(gòu)性能分析,評(píng)估了望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)的力學(xué)可靠性,探討了各類荷載對(duì)反射面RMS的影響,為后續(xù)反射面促動(dòng)器的變形調(diào)控提供參考依