本文選題：全可動射電望遠鏡 + 反射面精度�。� 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2013年博士論文

【摘要】：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，性能將達到國際領先水平。 然而建造如此超大跨度的望遠鏡，從結(jié)構(gòu)技術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；同時迎風姿態(tài)多樣造成主反射面風壓分布復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，電磁波在副反射面聚焦而產(chǎn)生的“太陽灶”效應也應引起重視。 圍繞上述關鍵科學問題，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佳。基于此，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)風荷載特性及其對精度的影響 采用風洞試驗和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)展開各迎風姿態(tài)下的風荷載及風振響應特性分析，獲得了適用于該類結(jié)構(gòu)設計的風荷載取值�；诖耍瑢榷ǖ耐h鏡結(jié)構(gòu)分別進行了生存風速和工作風速下的結(jié)構(gòu)性能分析，評估了望遠鏡結(jié)構(gòu)的力學可靠性，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)控提供參考依據(jù)。 4、日照非均勻溫度場特性及其對反射面精度的影響 以主、副反射面為研究對象，采用瞬態(tài)傳熱有限元分析方法，建立了綜合考慮太陽輻射、空氣對流換熱、陰影遮擋等因素的望遠鏡整體結(jié)構(gòu)日照溫度場精細化數(shù)值模型。并選取最不利工況對其進行日照作用分析，獲得了望遠鏡變位中該作用對主反射面RMS的全過程影響，以及電磁波聚焦在副反射面產(chǎn)生的“太陽灶”效應的時間及空間分布特性。
[Abstract]:The Chinese Academy of Sciences, the National Development and Reform Commission and the Xinjiang Autonomous region will build an all-mobile radio telescope with a diameter of 110 meters. When built and put into use, its caliber will be the world's largest and its performance will reach the international leading level. However, the construction of such a large span telescope, The most outstanding problems from the point of view of structure technology are as follows: there are some unreasonable points in the traditional structural scheme. The precision of the main reflector is significantly reduced by self-weight only (also known as the main reflector RMSN, which restricts the performance of the main reflector); At the same time, the complex distribution of wind pressure on the main reflector and the non-uniform temperature field caused by the effect of sunlight seriously affect the RMS value of the main reflector due to the variety of upwind attitude. The "solar cooker" effect caused by electromagnetic wave focusing on the secondary reflection surface should also be paid attention to. According to the above key scientific problems, the main line is to control the RMS value of the main reflector and to improve the accuracy of the main reflector. In this paper, the following four aspects are proposed: 1. The improvement and optimization of the radio telescope structure is aimed at improving the accuracy of the main reflector. Firstly, the principle of the structure of the fully movable telescope and the RMS fitting method of the reflector are introduced. Secondly, the essential reasons of the low precision of the traditional structural scheme are analyzed: the main reflection plane has concentrated load, the backframe structure support scheme is unreasonable, and the spatial mechanical performance of the backframe structure system is not good. Based on this, this paper improves or innovates it separately, and puts forward a new and efficient overall scheme of fully movable telescope structure, which effectively improves the accuracy of reflection surface. 2. The cross-section optimization of the back frame structure. The geometric parameter analysis and the determination of the optimum installation angle take the precision of the main reflector as the optimization objective, introduce and improve the genetic algorithm to optimize the cross-section of the backframe structure, and obtain a group of better cross-section dimensions. The parameter analysis of other geometric variables except section size is carried out and the influence of them on the RMS of reflectors is discussed. At the same time, the goal is to improve the accuracy of the reflector. Using the basic idea of gradient method, the optimum installation angle of the telescope back frame structure is optimized. 3. The wind load characteristics of the reflector structure and its influence on the accuracy are studied by the combination of wind tunnel test and CFD numerical simulation. The wind loads and wind-induced response characteristics of a class of typical reflector structures with focal diameter ratio of 0.3 are analyzed under different upwind positions. The values of wind loads suitable for the design of this kind of structures are obtained. Based on this, the structural performance analysis of the established telescope structure under the survival wind speed and the working wind speed is carried out, and the mechanical reliability of the telescope structure is evaluated, and the influence of various loads on the RMS of the reflector is discussed. 4. The characteristics of inhomogeneous temperature field of sunlight and its influence on the accuracy of reflector are studied by using transient heat transfer finite element analysis method. A refined numerical model of solar temperature field of the whole telescope structure considering solar radiation, air convection heat transfer and shadow occlusion is established. The effects of this effect on the RMS of the main reflector and the temporal and spatial distribution characteristics of the "solar cooker" effect caused by the electromagnetic wave focusing on the secondary reflector are obtained.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH751

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本文編號：2004964