以SKA射電望遠鏡設計過程中的結構仿真分析為背景,對大型反射面天線結構的有限元建模及其運行環(huán)境載荷等效簡化進行了討論,考察了重力、風力載荷、非均勻溫度場等多方面因素對天線結構的綜合作用,并分析了上述影響下天線結構的面形精度和孔徑效率。結果顯示,重力變形是主要影響因素。涉及的建模與分析思路對大型天線結構設計和仿真分析具有一定的指導意義。 

【文章來源】：無線電通信技術. 2019,45(04)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

SKA反射面天線結構三維模型

?元節(jié)點的所有自由度來模擬該邊界條件。2仿真計算結果與分析MSC．Nastran是當前處于領先地位的結構仿真求解器，在航空航天等許多工程領域，其計算結果通常被作為參考結果。利用MSC．Nastran分析了重力載荷、非均勻溫度場及風力載荷分別作用下SKA天線結構的變形，并考察了變形對天線的面形精度和孔徑效率。然后將載荷歸納為高精度條件、標準條件和降精度條件3個等級，討論了各等級載荷條件對天線結構的綜合影響。2．1重力載荷影響分析如前所述，重力對天線結構，尤其是俯仰部分結構的影響，與天線仰角直接相關。圖2給出了不同仰角姿態(tài)下天線結構的變形云圖。在此基礎上，天線主、副反射面的面形精度與仰角間的關系如圖3所示，天線整體精度如圖4所示。圖2不同仰角姿態(tài)下天線俯仰部分的重力變形云圖(單位:mm)

2019年第45卷第4期無線電通信技術433圖3重力作用下主/副反射面面形精度圖4重力作用下天線結構整體精度根據(jù)上述結果，將發(fā)生變形后的主副反射面位置信息輸入到通用反射面天線分析軟件包GＲASP中，分析重力對天線電氣性能的影響，分析模型如圖5所示。圖5考慮重力影響的天線GＲASP仿真模型圖6對比了利用GＲASP和Ｒuze公式的2種方法計算所得到的不同仰角姿態(tài)下天線的孔徑效率。圖6重力影響下天線在不同仰角姿態(tài)的孔徑效率(分析頻率:20GHz)2．2非均勻溫度場影響分析大型天線結構的溫度分布很難確定，因為它與天線的口徑、太陽位置、周圍環(huán)境、表面涂覆以及材料熱特性等因素有關，同時，天線轉動速率也會影響其溫度分布。根據(jù)長期觀測同樣位于南非的Meer-KAT射電望遠鏡的結果，等效得到圖7所示2個梯度等級的非均勻溫度場，每個溫度場中在各方向上具有不同的梯度水平，分別施加于結構有限元模型，計算不同仰角姿態(tài)下天線結構僅由溫度載荷引起的變形。圖72種條件下的非均勻溫度場

【參考文獻】：
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本文編號：3295646