上海65米射电望远镜结构非均匀温度场及其效应研究

摘要

上海65米射电望远镜是现阶段亚洲最大的全方位可动望远镜,其反射面面积相当于8个标准篮球场的大小,为了满足其在VLBI定位等方面的科学目标,对其大口径反射面提出了超高精度要求。重力、风荷载、温度场是影响望远镜精度的三项主要因素。本文对该射电望远镜的非均匀温度场分布及温度场对反射面型面精度的影响进行了数值模拟研究,可为同类望远镜的温度场监测、控制等提供理论依据。本文主要开展了以下几方面工作:
　　1、射电望远镜热分析基本理论
　　介绍热交换的基本方式,分析望远镜与周围环境发生的热交换方式。研究与望远镜温度场计算相关的大气、天空、大地温度的计算方法。研究太阳辐射的计算方法。研究有限元法计算望远镜温度场。
　　2、上海65米射电望远镜主反射面非均匀温度场分析
　　建立夏季真实环境下四种不同俯仰角的主反射面热分析有限元模型。研究阴影遮挡、对流换热、天空辐射、地面辐射的计算方法,对各俯仰角状态三种典型风速下的温度场进行时程分析。给出各俯仰角阴影、非均匀温度场分布的规律,对比不同风速下结构温度场的区别,总结风速对主反射面非均匀温度场的影响规律。
　　3、上海65米射电望远镜支承结构非均匀温度场分析
　　建立夏季真实环境下的支承结构热有限元分析模型。研究综合考虑太阳辐射、空气对流换热、天空辐射、地面辐射的结构温度场分析方法,对结构在三种典型风速下进行温度场时程分析。总结温度场分布的时间特性和空间特性,对比分析风速对支承结构温度场的影响规律。
　　4、上海65米射电望远镜整体结构温度场及其效应分析
　　建立同时考虑主反射面和支承结构的热分析有限元模型。研究整体结构温度场的计算方法,分析不同风速下夏冬两季特定日期结构的非均匀温度场及其对主反射面精度的影响效应。分析风速对不同季节温度场及其效应的影响规律,对比夏季单独考虑主反射面、支承结构与主反射面支承结构共同考虑时的结构温度场及其效应的差别。

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第1章 绪 论

1.1天文学与天文望远镜

1.2射电望远镜结构

1.3射电望远镜性能指标及结构热分析意义

1.4国内外研究现状

1.5上海65米射电望远镜工程

1.6本文主要研究内容

第2章 射电望远镜热分析基本理论

2.1热交换

2.2温度环境

2.3太阳辐射

2.4有限元法计算结构温度场

2.5本章小结

第3章 主反射面非均匀温度场分析

3.1 65米射电望远镜主反射面

3.2台址环境

3.3主反射面热交换

3.4主反射面阴影

3.5对流换热

3.6辐射换热系数

3.7主反射面有限元建模

3.8主反射面温度场

3.9本章小结

第4章 支承结构非均匀温度场分析

4.1 65米射电望远镜支承结构

4.2支承结构热交换

4.3支承结构阴影

4.4支承结构对流换热

4.5支承结构构件长波辐射换热

4.6支承结构温度场分析有限元建模

4.7支承结构温度场数值模拟

4.8本章小结

第5章 射电望远镜温度场及其效应分析

5.1引言

5.2有限元模型

5.3温度场算例分析

5.4温度场效应分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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