Компенсация отклонения деформированного основного зеркала создаваемого 70-метрового радиотелескопа РТ-70

January 22, 2013 by admin Комментировать »

Ольская С. Г., Бондарев А. В., Мозгов А. П., Гиммельман В. Г. ОАО «Конструкторское бюро специального машиностроения» Лесной пр., д. 64, г. Санкт-Петербург, 194100, Россия тел.: +7(812)2929269, e-mail: byro@maH.wplus.net

Аннотация – В докладе рассмотрен вопрос об отклонениях деформированной поверхности основного зеркала создаваемого 70-метрового радиотелескопа РТ-70 от аппроксимирующего параболоида и возможности уменьшения этих отклонений подстройкой щитов 03 актуаторами. Проведен расчет среднеквадратического отклонения (сКО) подстроенной поверхности и сделан вывод о возможности улучшения таким способом качества отражающей поверхности 03 для возможности работы РТ-70 в миллиметровом диапазоне длин волн.

I.                                         Введение

КБСМ – один из основных разработчиков в стране антенной техники различного назначения, обеспечившей успешное выполнение отечественных и международных космических программ. По разработкам КБСМ изготовлено два крупнейших в стране (одни из крупнейших в мире) радиотелескопа с зеркалом диаметром 70 метров (СМ-214 АУ).

Радиотелескопы с диаметром зеркала 70 м были введены в строй в 1978 г. (Крым) и в 1985 г. (Дальний Восток). Одновременно со строительством радиотелескопов СМ-214 АУ в интересах академии наук были начаты проработки по исследованию возможности создания 70-метрового радиотелескопа, работающего в миллиметровом диапазоне радиоволн, для радиоастрономических исследований.

Создание такого инструмента требует существенного, на порядок, повышения большинства точностных характеристик радиотелескопа. Зеркальная система проектировалась по принципу гомологических деформаций. Поскольку абсолютно точно реализовать принцип гомологических деформаций не удается, то возникающие в действительности откпонения деформированного зеркала от оптимально вписанного параболоида остаются основной причиной снижения эффективности радиотелескопа. В связи с этим возникает необходимость уточнения гомологии 03 и уменьшения откпонений от аппроксимирующего параболоида, вызванная прежде всего в связи с возможностью распространить принцип гомологии на случайные ветровые и температурные деформации, т. к. в РТ-70 высокая точность поверхности 03 при воздействии ветра и солнечного излучения поддерживается перемещением как элементов вторичной ЗС, так и щитов обшивки ЗС (фасет), а также тем, что с переходом в миллиметровый диапазон оказалось необходимым оценить влияние на гомологию ЗС отступлений от круговой симметрии.

II.      Гомология при весовых, ветровых и температурных деформациях и их компенсация

в СМ-214 АУ отступления от гомологии 03 делились на две составляющие, одна из которых распространялась вдоль кольцевых поясов, а вторая вдоль образующей, конструкция зеркала приводилась к осесимметричной. Однако схема конструкции каркаса не является осесимметричной. В связи с этим был перестроен расчет гомологии 03. Перемещения узлов ферменного каркаса раскладываются на симметричную и кососимметричную составляющие. При этом кососимметричная составляющая перемещений рассматривается относительно плоскости симметрии, проходящей через угломестную и фокальную оси антенны.

В таблице 1 приведены результаты расчета откпонений от гомологии от весовых деформаций, в том числе Одп"" – отклонения для осесимметричных деформаций; Одп’ – откпонения для кососимметричных деформаций; Одп – СКО поверхности 03 от аппроксимирующего параболоида.

Табл. 1. Откпонения от гомологии от весовых деформаций при положении антенны «В горизонт» – β=0° Table 1. Deviations from homology of weight deformations when an antenna is positioned horizontally

-β=0°

Свойство гомологии 03 принято относить к весовым деформациям, изменяющимся закономерно в зависимости от угла места антенны. В отличие от весовых ветровые и температурные деформации носят случайный характер, компенсировать их значительно сложнее, т. к. поле деформаций изменяется не только по величине, но и по форме.

Если поле весовых деформаций может быть разложено на сумму двух составляющих: деформаций в зенитном положении и положении, когда 03 направлено в горизонт, то для ветровых деформаций это свойство справедливо только для отдельных углов атаки зеркала. Поле ветровых деформаций будем считать отвечает требованиям гомологии, если сде- формированная поверхность 03 с достаточной точностью может быть аппроксимирована параболической поверхностью. Расчет проводился для двух углов атаки ветра при средней скорости ветра V = 10 м/с без учета порывистости (Кд = 1).

Результаты расчета приведены в таблице 2.

Табл. 2. Отклонения от гомологии от ветровых

деформаций

Table 2. Deviations from homology of deformations

caused by winds

Результаты расчета показывают высокие гомологические свойства 03 по отношению к ветровому воздействию. Однако реализовать эти свойства в РТ-70 можно только в том случае, если ветровые деформации будут измерены и с высокой точностью скомпенсированы приводами перемещения вторичных элементов зеркальной системы.

Для температурных деформаций рассмотрены два случая: осесимметричный солнечный нагрев (β = 90°) и односторонний солнечный нагрев (β = 0°).

Результаты расчета приведены в таблице 3.

Табл. 3. Откпонения от гомологии от температурных деформаций

Table 3. Deviations from homology of deformations

caused by temperature

При работе РТ-70в миллиметровом диапазоне длин волн требуется существенно меньшее значение СКО поверхности 03. Для работы на длине волны λ =1,2 мм требуется обеспечить значение СКО <0,075 мм. В зеркальной системе СМ-214 АУ фасеты крепятся к ферменному каркасу шпилечным узлом, в РТ-70 они будут заменены актуаторами, которые будут перемещать фасеты 03 для компенсации отклонений от аппроксимирующего параболоида. Ход актуаторов задан ±5 мм от исходного положения. В программном комплексе ANSYS 9.0 ОАО «КБСМ» построена полномасштабная конечноэлементная модель ЗС РТ-70.

Выполнен расчет СКО поверхности 03, при условии что фасеты наружного пояса Щ1 перемещены актуаторами на максимальное значение их хода (5 мм). При этом исходное уравнение параболы меняется, и в соответствии с этим уравнением перемещаются углы всех фасет. Поверхность фасет остается прежней – высечкой из исходного параболоида. СКО поверхности фасет меняется в диапазоне от 0,045 мм (для наружных Щ1) до 0,023 мм (для внутренних Щ14). СКО всей поверхности 0,034 мм при максимальном отклонении 0,0715 мм. На более подробной модели фасеты наружного пояса Щ1 получены уточненные результаты: СКО составляет 0,038 мм при максимальном отклонении 0,058 мм.

Изготовленные в конце 80-х годов фасеты представляют собой квазипараболические поверхности. Для определения необходимости доведения поверхности фасет до параболической необходимо определить СКО отражающей поверхности реализуемой существующими фасетами от уравнения исходного параболоида.

III.                                   Заключение

По результатам проведенных расчетов можно сделать вывод о том, что отклонения сдеформиро- ванного зеркала от аппроксимирующего параболоида можно с достаточной точностью компенсировать подстройкой поверхности 03 с помощью актуаторов для работы на длинах волн 1-2 мм.

IV.                            Список литературы

[1] Научно-технический отчет о НИР «Исследование и разработка конструктивных мер улучшения точностных характеристик радиотелескопа РТ-70», 1985.

COMPENSATION OF DEVIATIONS FROM HOMOLOGY OF RT-70 RADIO TELESCOPE MAIN MIRROR

S. G. Olskaya, A. V. Bondarev,

A.                     P. Mozgov, V. G. Gimmelman JSC «Special Mechanical Engineering Design Office»

64, Lesnoy Ave., St. Petersburg, 194100, Russia Ph.: +7(812) 2929269. E-maii: byro@mail.wplus.net

I.                                         Introduction

RT-70 mirror system was designed according to a principle of homological deformations. One cannot implement the principle of homological deformations absolutely accurately. Deviations ofthe deformed mirror from the optimal inscribed paraboloid arising in reality remain the main cause of the radio telescope efficiency reduction. In connection with this, necessities of specifying the main mirror homology and decreasing deviations from the approximating paraboloid arise.

II.                Homology Underweight, Wnd and Temperature Deformations and Their Compensation

Initial data for calculation is movements of joints ofthe truss frame from weight loads when shifting the antenna from the position “To the zenith – β = 90°” to the position “To the horizon – β = 0°”. As distinct from weight loads, wind and temperature deformations have random nature; it is much more complicated to compensate them, for the field of deformations changes not only by value, but by form too.

The calculation was made for two angles of wind attack under average wind velocity of V = 10 m/s not taking into account gustiness (кд = 1). The calculation results show high homological properties ofthe main mirror in respect to wind influence.

Two cases have been considered for temperature deformations: axially symmetric solar heating (β = 90°) and one-sided solar heating (β = 0°). Temperature deformations have smooth nature, and the rms deviation ofthe deformed surface from the approximating one does not exceeds 0.21 mm.

When the PT-70 working in the millimeter waveband, it is required sufficiently lesser value of the rms deviation of the main mirror surface. For operation at the wavelength of λ = 1.2 mm, it is required to provide for the rms deviation value of < 0.075 mm. The facet securing at RT-70 will be implemented through actuators, which will move the main mirror facets to compensate deviations from the approximating paraboloid.

The JSC «KBSM» has built a full-scale finite-element model ofthe ZS RT-70 using ANSYS 9.0 software.

The calculation of the rms deviation of the main mirror surface has been conducted on the condition that the facets ofthe end belt Щ1 are moved by actuators at the maximum value of their stroke (5 mm). Initial formula ofthe parabola changes and, in accordance with this formula, angles of all facets are moved. The surface of the facets remains the same; a cutout of the initial paraboloid. The rms deviation of the facet surface changes within the range from 0.045 mm (for external Щ1) to 0.023 mm (for internal Щ14). The rms deviation ofthe whole surface is 0.034 mm; under maximum deviation it is 0.0715 mm.

III.                                       Conclusion

According to the results of the conducted calculations, one can conclude that deviations of the deformed mirror from the approximating paraboloid can be compensated with sufficient accuracy by adjusting the main mirror surface through actuators for operation at wavelengths of 1 -2 mm.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты