抛物面天线日照温度效应分析及温度传感器优化布置

摘要

本文以某大口径抛物面天线为研究对象，主要开展了两大方面的研究工作：日照环境下抛物面天线的温度效应分析；基于遗传算法的固定数目的温度传感器优化布置。
　　 日照环境下抛物面天线的温度效应分析方面，采用有限元方法研究了某大口径抛物面天线的日照温度场和变形场的变化规律。考虑最不利气候之一即夏至日整点时刻太阳辐射、空气对流、周围环境长波辐射以及阴影遮挡等各种边界条件，进行了反射面面板及背架结构温度场的瞬态时程分析，计算得到特定日期的日照温度场，并将温度场结果加载到对应的结构模型中计算得到各个时刻的变形场和热应力情况，据此结果分析确定了日照条件下天线反射面温度场和变形场随时间变化的规律。
　　 固定数目的温度传感器的优化布置方面包含两部分内容：其一是基于空间插值理论的温度场重建，根据空间插值理论，采用反距离加权插值法，以某一时刻有限个节点的温度来插值还原其余温度未知的节点的温度，并以均方根误差及平均绝对误差来衡量比较插值结果的优劣。其二是基于遗传算法的温度传感器优化布置，针对某一时刻的温度场结果，固定反射面面板上布置的温度传感器的个数。以遗传算法为理论基础，按照遗传算法的选择、交叉、变异等算子进行温度传感器布置点的优化。通过对结合有限元计算信息的有固定点的种群和无固定点种群的优化结果的对比，得到了较为合适的温度传感器布置点。
　　 目前国内对上述方面的研究处于起步阶段，针对这种情况，本文进行了初步尝试，阐述了相关理论和研究方法，所完成的工作大口径天线的热结构设计具有一定工程指导意义。