大口径全可动望远镜风振作用下的精度控制及疲劳性能研究

With the reflector size increasing, the wind load becomes the key factor on reflector precision and telescope service efficiency. The applicants take the world’s largest 110m-diameter movable radio telescope planning to be set in Xinjiang as research platform. And the wind-induced reflector precision control and structure fatigue life are specially explored. (1) Based on the previous study, considering different pitching angles and azimuth angles, the systematic research on the wind vibration response of telescope is carried out and then the precision influence rules can be obtained. (2) This study focuses on the telescope fatigue problem caused by the rotation and the dynamic response of wind load for the first time. A generation method of interaction fatigue stress spectra is proposed. Through the analysis of fatigue performance, the overall fatigue life can be predicted. (3) According to the research results above and based on previous system innovation, some effective structural measures, including key parameters optimization, natural vibration characteristics improvement and adding damping components, are taken to improve the reflector precision, the fatigue life and telescope service efficiency. This study will provide the necessary theoretical foundation and technical support for the construction of giant radio telescope in strong wind area of Xinjiang.

随着口径的增大，风荷载已成为影响反射面形状精度、制约望远镜使用效率的最主要因素，申请者以我国拟建的新疆110m口径（世界最大）全可动射电望远镜为平台，对风振作用下反射面形状精度控制和结构疲劳寿命进行专项研究：（1）在前期研究基础上，针对望远镜不同方位角和俯仰角的观测姿态，对望远镜结构的风振动力响应进行系统深入研究，探索其对反射面形状精度的影响规律；（2）首次对望远镜自身运动与风振共同作用下可能产生的严重疲劳问题进行系统研究，提出二者共同作用下疲劳应力谱的生成方法，分析望远镜结构疲劳特性，预测其疲劳寿命；（3）根据上述两项研究成果，在前期对望远镜结构体系创新基础上，采取必要的构造措施，如优化关键结构参数、改善结构自振特性、增设减振部件等，以满足风振作用下反射面形状精度和疲劳寿命要求，大大提高望远镜的使用效率。本项目期望为我国在新疆强风地区建造大口径望远镜提供必要的理论与技术支持。

增大反射面口径和提高反射面形状精度是提高射电望远镜性能的两个主要途径。为提高深空探测能力，近年来国际天文学界一直致力于大口径、高精度射电望远镜的研发与建造。随着口径的增大，风荷载已成为影响反射面形状精度、制约望远镜使用效率的最主要因素。本项目以我国已建成和拟建的全可动射电望远镜结构为平台，在前期相关研究成果的基础上，对望远镜反射面风振动力响应、风振作用下反射面形状精度控制和结构疲劳问题进行专项研究。技术成果涵盖大口径全可动射电望远镜结构风荷载特性及其风速谱；风致动力作用下反射面形状精度分析方法及其精度控制方法；自身运动和风致振动共同作用下结构疲劳分析方法及疲劳寿命评估；自重及风荷载作用下望远镜结构体系优化方法及减震控制措施。本项目研究成果为我国独立自主的大口径射电望远镜结构创新提供了必要的理论和技术支持。