SKA射电望远镜天线结构建模与系统仿真分析
发布时间：2021-07-21 19:39
以SKA射电望远镜设计过程中的结构仿真分析为背景,对大型反射面天线结构的有限元建模及其运行环境载荷等效简化进行了讨论,考察了重力、风力载荷、非均匀温度场等多方面因素对天线结构的综合作用,并分析了上述影响下天线结构的面形精度和孔径效率。结果显示,重力变形是主要影响因素。涉及的建模与分析思路对大型天线结构设计和仿真分析具有一定的指导意义。
【文章来源】：无线电通信技术. 2019,45(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
SKA反射面天线结构三维模型
?元节点的所有自由度来模拟该边界条件。2仿真计算结果与分析MSC．Nastran是当前处于领先地位的结构仿真求解器，在航空航天等许多工程领域，其计算结果通常被作为参考结果。利用MSC．Nastran分析了重力载荷、非均匀温度场及风力载荷分别作用下SKA天线结构的变形，并考察了变形对天线的面形精度和孔径效率。然后将载荷归纳为高精度条件、标准条件和降精度条件3个等级，讨论了各等级载荷条件对天线结构的综合影响。2．1重力载荷影响分析如前所述，重力对天线结构，尤其是俯仰部分结构的影响，与天线仰角直接相关。图2给出了不同仰角姿态下天线结构的变形云图。在此基础上，天线主、副反射面的面形精度与仰角间的关系如图3所示，天线整体精度如图4所示。图2不同仰角姿态下天线俯仰部分的重力变形云图(单位:mm)
2019年第45卷第4期无线电通信技术433图3重力作用下主/副反射面面形精度图4重力作用下天线结构整体精度根据上述结果，将发生变形后的主副反射面位置信息输入到通用反射面天线分析软件包GＲASP中，分析重力对天线电气性能的影响，分析模型如图5所示。图5考虑重力影响的天线GＲASP仿真模型图6对比了利用GＲASP和Ｒuze公式的2种方法计算所得到的不同仰角姿态下天线的孔径效率。图6重力影响下天线在不同仰角姿态的孔径效率(分析频率:20GHz)2．2非均匀温度场影响分析大型天线结构的温度分布很难确定，因为它与天线的口径、太阳位置、周围环境、表面涂覆以及材料热特性等因素有关，同时，天线转动速率也会影响其温度分布。根据长期观测同样位于南非的Meer-KAT射电望远镜的结果，等效得到图7所示2个梯度等级的非均匀温度场，每个温度场中在各方向上具有不同的梯度水平，分别施加于结构有限元模型，计算不同仰角姿态下天线结构仅由温度载荷引起的变形。图72种条件下的非均匀温度场
【参考文献】：
期刊论文
[1]天马望远镜结构重力变形对面形和指向精度影响[J]. 付丽,董健,凌权宝,蒋甬斌,王锦清,虞林峰,刘庆会. 电波科学学报. 2017(03)
[2]平方公里阵天线新技术综述[J]. 伍洋,杜彪,金乘进,彭勃. 电波科学学报. 2016(02)
[3]大口径望远镜风载分析综述[J]. 安其昌,张景旭,杨飞,赵宏超. 机电工程. 2015(12)
[4]反射面天线结构的多工况机电耦合优化[J]. 尉飞. 机械科学与技术. 2015(09)
[5]新疆奇台110米射电望远镜[J]. 王娜. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(08)
[6]微波天线多场耦合理论模型与多学科优化设计的研究[J]. 段宝岩,王猛. 电子学报. 2013(10)
[7]大型反射面天线电磁场与位移场场耦合模型及其在65m口径天线设计中的应用[J]. 冷国俊,王伟,段宝岩,李小平. 机械工程学报. 2012(23)
[8]大型桁架面天线的机电耦合优化设计[J]. 李鹏,杨东武,王伟,郑飞. 电子与信息学报. 2010(01)
博士论文
[1]超大口径全可动望远镜结构选型及精度控制[D]. 刘岩.哈尔滨工业大学 2013
[2]大型天线反射面保型与机电综合优化设计[D]. 冷国俊.西安电子科技大学 2012
[3]天线结构位移场与电磁场耦合建模及分析研究[D]. 宋立伟.西安电子科技大学 2011
[4]天线机电热多场耦合理论与综合分析方法研究[D]. 王从思.西安电子科技大学 2007
硕士论文
[1]天线结构的静态和动态特性分析研究[D]. 王鑫磊.燕山大学 2016
[2]基于机电耦合的大型反射面天线热变形指向补偿系统[D]. 杨崇金.西安电子科技大学 2015
[3]一种大型反射面天线的有限元建模与优化设计[D]. 孔令辉.西安电子科技大学 2014
[4]12米天线结构有限元分析与精度测量[D]. 温永新.西安电子科技大学 2011
[5]大型面天线的结构性能仿真分析[D]. 雷飞.西安电子科技大学 2010
本文编号：3295646
【文章来源】：无线电通信技术. 2019,45(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
SKA反射面天线结构三维模型
?元节点的所有自由度来模拟该边界条件。2仿真计算结果与分析MSC．Nastran是当前处于领先地位的结构仿真求解器，在航空航天等许多工程领域，其计算结果通常被作为参考结果。利用MSC．Nastran分析了重力载荷、非均匀温度场及风力载荷分别作用下SKA天线结构的变形，并考察了变形对天线的面形精度和孔径效率。然后将载荷归纳为高精度条件、标准条件和降精度条件3个等级，讨论了各等级载荷条件对天线结构的综合影响。2．1重力载荷影响分析如前所述，重力对天线结构，尤其是俯仰部分结构的影响，与天线仰角直接相关。图2给出了不同仰角姿态下天线结构的变形云图。在此基础上，天线主、副反射面的面形精度与仰角间的关系如图3所示，天线整体精度如图4所示。图2不同仰角姿态下天线俯仰部分的重力变形云图(单位:mm)
2019年第45卷第4期无线电通信技术433图3重力作用下主/副反射面面形精度图4重力作用下天线结构整体精度根据上述结果，将发生变形后的主副反射面位置信息输入到通用反射面天线分析软件包GＲASP中，分析重力对天线电气性能的影响，分析模型如图5所示。图5考虑重力影响的天线GＲASP仿真模型图6对比了利用GＲASP和Ｒuze公式的2种方法计算所得到的不同仰角姿态下天线的孔径效率。图6重力影响下天线在不同仰角姿态的孔径效率(分析频率:20GHz)2．2非均匀温度场影响分析大型天线结构的温度分布很难确定，因为它与天线的口径、太阳位置、周围环境、表面涂覆以及材料热特性等因素有关，同时，天线转动速率也会影响其温度分布。根据长期观测同样位于南非的Meer-KAT射电望远镜的结果，等效得到图7所示2个梯度等级的非均匀温度场，每个温度场中在各方向上具有不同的梯度水平，分别施加于结构有限元模型，计算不同仰角姿态下天线结构仅由温度载荷引起的变形。图72种条件下的非均匀温度场
【参考文献】：
期刊论文
[1]天马望远镜结构重力变形对面形和指向精度影响[J]. 付丽,董健,凌权宝,蒋甬斌,王锦清,虞林峰,刘庆会. 电波科学学报. 2017(03)
[2]平方公里阵天线新技术综述[J]. 伍洋,杜彪,金乘进,彭勃. 电波科学学报. 2016(02)
[3]大口径望远镜风载分析综述[J]. 安其昌,张景旭,杨飞,赵宏超. 机电工程. 2015(12)
[4]反射面天线结构的多工况机电耦合优化[J]. 尉飞. 机械科学与技术. 2015(09)
[5]新疆奇台110米射电望远镜[J]. 王娜. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(08)
[6]微波天线多场耦合理论模型与多学科优化设计的研究[J]. 段宝岩,王猛. 电子学报. 2013(10)
[7]大型反射面天线电磁场与位移场场耦合模型及其在65m口径天线设计中的应用[J]. 冷国俊,王伟,段宝岩,李小平. 机械工程学报. 2012(23)
[8]大型桁架面天线的机电耦合优化设计[J]. 李鹏,杨东武,王伟,郑飞. 电子与信息学报. 2010(01)
博士论文
[1]超大口径全可动望远镜结构选型及精度控制[D]. 刘岩.哈尔滨工业大学 2013
[2]大型天线反射面保型与机电综合优化设计[D]. 冷国俊.西安电子科技大学 2012
[3]天线结构位移场与电磁场耦合建模及分析研究[D]. 宋立伟.西安电子科技大学 2011
[4]天线机电热多场耦合理论与综合分析方法研究[D]. 王从思.西安电子科技大学 2007
硕士论文
[1]天线结构的静态和动态特性分析研究[D]. 王鑫磊.燕山大学 2016
[2]基于机电耦合的大型反射面天线热变形指向补偿系统[D]. 杨崇金.西安电子科技大学 2015
[3]一种大型反射面天线的有限元建模与优化设计[D]. 孔令辉.西安电子科技大学 2014
[4]12米天线结构有限元分析与精度测量[D]. 温永新.西安电子科技大学 2011
[5]大型面天线的结构性能仿真分析[D]. 雷飞.西安电子科技大学 2010
本文编号：3295646
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