大型射电天线轮轨磨损机理及跟踪性能提高方法研究

以50m射电天线的轮轨系统作为主要研究对象，探索因轮轨问题引起的指向跟踪误差及其补偿方法，探究提高大型射电天线的指向跟踪精度和跟踪性能的技术与方法。引入非赫兹弹塑性接触理论，构建轮轨驱动系统动力学模型；引入材料摩擦磨损理论，深入研究射电天线轮轨的弹塑性变形机理、轮轨接触磨损机理、滚动中滑移与爬行机理，掌握动态跟踪中滞后响应的分布规律；引入多体耦合动力学理论和有限元技术，研究轮轨系统参数变化引起指向跟踪误差的程度及其补偿方法。通过仿真分析和现场检测试验等手段，系统地解决大型射电天线轮轨的磨耗和损伤、因轮轨因素引起指向跟踪性能不稳定和不可控制等关键问题。研究成果将为正在运行的50米天线提出轮轨磨损预防和减缓措施以及指向跟踪误差修正方法；为正在建造的65m及规划中的100m天线的轮轨设计，提供理论依据与技术指导；有利于提升我国在大型射电天线方面的整体维护和整体研制水平。

本项目以50米射电天线的轮轨系统作为主要研究对象，兼顾国内25米轮轨和40米转台天线，探索了因轮轨问题引起的指向跟踪误差及其补偿方法。引入了非赫兹弹塑性接触理论，构建轮轨驱动系统接触力学模型；引入了材料摩擦磨损理论，研究了射电天线轮轨的弹塑性变形机理、轮轨接触磨损机理、滚动中滑移与爬行机理，从理论上分析了动态跟踪过程中滞后响应的分布规律；通过仿真分析了50米天线轨道裂缝出现的原因。运用仿真分析和现场检测试验等手段，解决了轨道出现裂缝的工程修复问题。. 开展了考虑轨道非线性误差的大型射电望远镜指向误差修正方法研究。对40米和50米天线的指向误差进行实测分析，在传统指向修正模型的基础上，建立了考虑方位轴非线性误差的指向修正模型，推导了轨道误差与方位轴误差的关系。针对50米天线，进行了全天区指向误差测量，获得了方位、俯仰各60组测量数据。利用观测的数据对方位轴误差的二次项进行了辨识，分析发现：在修正模型中增加方位轴二次修正项可以分别实现方位、俯仰修正后指向误差1.3角秒和1角秒的提高。.项目实施中，在寻找国家天文台50米口径射电天线运行几年后指向精度下降的工程原因中，以轮轨接触问题进行仿真计算，结果表明最大变形应小于1mm，这远小于实际测量值。随后制定了全轨不平度误差和加载变形测量方案，对天线轨道进行现场实测，获得全轨水平度平均测量值为2.89mm，全轨水平度误差已经达到1.5mm。进一步的探伤检测发现轨道接头和焊缝出现大面积裂纹，据此提出轨道维修策略，经轨道维修和焊缝处理后进行重新实测，新的测量数据与仿真结果基本吻合，证明轮轨的接触分析模型是正确的，轨道裂缝的处理方案是可行的。. 项目的实施取得了一部分成果，为大型天线轮轨系统的设计与维护提供有效依据和途径，但在多体动力学分析方面还没有取得突破，将是下一步研究的重点。.