FAST主動(dòng)反射面支承結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、反射面的面積是衡量射電望遠(yuǎn)鏡性能的主要指標(biāo)之一，只有擁有更大的接受面積才能觀測(cè)到更多、更遠(yuǎn)的天體。自重和風(fēng)荷載的作用會(huì)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(yuǎn)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(yuǎn)鏡的瓶頸。1994年中國天文學(xué)家提出了利用貴州喀斯特洼地，建造500m口徑具有主動(dòng)反射面的大型射電望遠(yuǎn)鏡FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescop

2、e）的計(jì)劃，建成之后將是世界上正在建造及計(jì)劃中的口徑最大、最具威力的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。但是FAST的口徑大、地貌復(fù)雜、精度高及反射面的主動(dòng)性等特點(diǎn)同時(shí)也對(duì)其反射面支承結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。在對(duì)FAST反射面支承結(jié)構(gòu)的前期研究中還未找到合適（或完善）的反射面支承結(jié)構(gòu)形式。鑒于此，本文結(jié)合FAST的功能要求和特點(diǎn)，對(duì)采用柔性的拉索支承反射面的方案進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　提出了采用“整體索網(wǎng)結(jié)構(gòu)＋背架結(jié)構(gòu)”共同支承FAST反射面的總體方案

3、，對(duì)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(jìn)行了研究，得到了整體索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)形式及關(guān)鍵參數(shù)。
　　從不同角度對(duì)FAST反射面整體索網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，首先，對(duì)整體索網(wǎng)結(jié)構(gòu)初始形態(tài)分析方法進(jìn)行了研究，并結(jié)合索網(wǎng)網(wǎng)格劃分特性提出了初始形態(tài)應(yīng)力優(yōu)化方法，研究了不同背架結(jié)構(gòu)自重對(duì)整體索網(wǎng)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響；其次，對(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)工作態(tài)變位（望遠(yuǎn)鏡的尋源和跟蹤）模擬方法進(jìn)行了研究，并對(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變位響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行了

4、大量的統(tǒng)計(jì)分析，得到了比較實(shí)用的FAST整體索網(wǎng)結(jié)構(gòu)變位響應(yīng)統(tǒng)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上對(duì)工作態(tài)反射面的變位策略進(jìn)行優(yōu)選，得到較合理的變位模式；第三，對(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在不同荷載態(tài)的受力性能進(jìn)行了分析，并針對(duì)反射面的工作原理，提出了減小由風(fēng)荷載引起的反射面變形的方法，同時(shí)結(jié)合FAST反射面的工作原理，提出了溫度補(bǔ)償方法以減小溫度荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)；最后，在對(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的三種狀態(tài)（基準(zhǔn)態(tài)、工作態(tài)和荷載態(tài)）分別研究的基礎(chǔ)上，對(duì)FAST索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研

5、究，得到簡單實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，并編制了相應(yīng)的計(jì)算程序模塊。
　　結(jié)合FAST對(duì)反射面的高精度要求，提出了FAST反射面背架結(jié)構(gòu)保形設(shè)計(jì)方法；對(duì)FAST反射面背架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選型及優(yōu)化研究，提出了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、弦支結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等多種背架結(jié)構(gòu)可能的結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)每種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析，得到了其各項(xiàng)性能指標(biāo)隨不同參數(shù)的變化規(guī)律，最后提出了幾種較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式，為今后的背架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的資料。同時(shí)對(duì)背架結(jié)構(gòu)與整體索網(wǎng)結(jié)構(gòu)

6、的連接節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行了詳細(xì)的探討，提出了兩種可能的構(gòu)造形式：滑動(dòng)式節(jié)點(diǎn)和機(jī)械式節(jié)點(diǎn)。
　　為了驗(yàn)證FAST各項(xiàng)子課題所取得的系列理論成果，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)在密云觀測(cè)站建立了一口徑為30m的縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，同時(shí)該模型也將作為一科學(xué)觀測(cè)儀器投入使用。本文從FAST30m模型反射面支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、建造及試驗(yàn)等方面展開了研究：對(duì)模型的關(guān)鍵部件分別進(jìn)行了試驗(yàn)研究；對(duì)整體索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)態(tài)成形數(shù)值模擬方法進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上提出了較優(yōu)的基準(zhǔn)