Fast望遠鏡開孔式反射面單元及其開孔方法
【專利摘要】本發明涉及一種巨型射電望遠鏡的配件，具體為FAST望遠鏡開孔式反射面單元及其開孔方法，上層為面板單元，下層為背架單元；背架單元采用三角形鋁合金螺栓球空間網架結構；面板單元由若干塊小的面板子單元組合而成；開孔式反射面單元的三個頂點通過連接裝置安置于鋼索編織成的索網上的反射面單元連接盤上，三個頂點分別釋放移動約束；背架單元和面板單元上有洞口。根據觀測的需要、開孔式反射面單元所處的傾斜角度等影響因素，歸納出具有普遍意義的計算公式；擬合出較為圓滑的橢圓形，減少了孔洞面積，增加了反射效率；通過連接于背架單元與面板單元間的調整裝置，可以對反射面單元的面形精度進行調整。
【專利說明】
FAST望遠鏡開孔式反射面單元及其開孔方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種巨型射電望遠鏡的配件，具體為FAST望遠鏡開孔式反射面單元及其開孔方法。【背景技術】
[0002]FAST望遠鏡全稱為500米口徑球面射電望遠鏡(Five hundred meters Aperture Spherical Rad1 Telescope，簡稱FAST)，是國家科教領導小組審議確定的國家九大科技基礎設施之一。采用我國科學家獨創的設計和我國貴州南部的喀斯特洼地的獨特地形條件，建設一個具有25萬平米反射面的高靈敏度的巨型射電望遠鏡。FAST作為世界最大的單口徑望遠鏡，將在未來20至30年保持世界一流地位。全新的設計思路，加之得天獨厚的臺址優勢，使其突破了望遠鏡的百米工程極限，開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式。
[0003]FAST反射面由4450塊反射面單元組成。其中4272塊單元為三角形單元，為普通類型的單元，另有23個測量基墩需要穿過反射面區域，在相應的位置對反射面單元進行開孔處理。而目前尚沒有相關技術提供該開孔處理方法。
[0004]由于工程的反射面表面精度比較高，表面精度均方根<2.5mm，并且處于年平均相對濕度約為81%的多雨的貴州山區，因此FAST反射面單元設計必須兼顧精度、剛度、強度、 重量、防腐、成本、安裝和運輸等綜合性能好的。前期主要采用傳統設計理念進行了一些不同結構形式反射面單元的研制，例如:單層鋼背架反射面單元，這種單元變形與重量較大； 弦支預張拉鋼背架反射面單元，這種單元變形大、穩定性差；角鋼栓接空間鋼背架反射面單元，這種單元安裝效率低，重量大，防腐性能差。以上幾種傳統類型均不能滿足FAST的使用需求。
【發明內容】
[0005]針對上述技術問題，本發明提供一種FAST望遠鏡開孔式反射面單元及其開孔方法。
[0006]開孔式反射面單元，包括背架單元和面板單元兩部分;上層為面板單元，下層起支承作用的為背架單元;背架單元采用三角形鋁合金螺栓球空間網架結構;面板單元由若干塊小的面板子單元組合而成;開孔式反射面單元的三個頂點通過連接裝置安置于鋼索編織成的索網上的反射面單元連接盤上，三個頂點的連接方式根據運動學分析，分別釋放移動約束；
[0007]背架單元和面板單元上有洞口，測量基墩從洞口中穿過，觀測過程中，反射面單元沿著其法線方向上下移動，測量基墩的圓心沿著開孔式反射面單元形心與大窩凼中心的連線相對移動。
[0008]所述的洞口確定方法，按照公式:
[0009]D= (h+1200)tana+B/cosa+2 A [〇〇1〇] D—測量基墩干涉尺寸；
[0011] h—開孔式反射面單元厚度，彡600mm;[〇〇12] a—開孔式反射面單元傾斜角度；
[0013]B—測量基墩直徑，取1290mm;
[0014]A 一側偏距尚，取130mm。
[0015]在開孔式反射面單元上形成設計洞口，實施時，背架單元的桿件采取網架抽桿處理方式，形成不規則洞口，該不規則洞口大于理論計算之洞口尺寸;次而，形成與背架單元不規則洞口相對應的面板單元洞口；再次，通過計算分析得出不規則洞口與理論洞口相比缺失的部分，形成不規則蒙板，通過蒙板來擬合形成理論計算所得之洞口。
[0016]開孔式反射面單元一個頂點角部的三角形子單元為翻轉結構;該三角形子單元的底邊以及其臨近的三角形子單元底邊的通過兩個合頁連接，拼裝時，該三角形子單元先不與其下的背架單元螺栓連接，將其翻折到其臨近的三角形子單元上；吊裝到索網上的反射面單元連接節點上后，將其翻折回位，通過螺栓連接的方式與背架單元連接就位。
[0017]本發明提供的FAST望遠鏡開孔式反射面單元及其開孔方法，根據觀測的需要、開孔式反射面單元所處的傾斜角度等影響因素，歸納出具有普遍意義的計算公式;采用了懸挑式面板，擬合出較為圓滑的橢圓形，減少了孔洞面積，增加了反射效率;背架單元利用桿件的長短不同，調整荷載傳遞，預留洞口。通過連接于背架單元與面板單元間的調整裝置， 可以對反射面單元的面形精度進行調整。【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的結構示意圖；
[0019]圖2是本發明的局部結構示意圖。【具體實施方式】
[0020]結合【附圖說明】本發明的【具體實施方式】。[0021 ]如圖1所示，開孔式反射面單元，包括背架單元和面板單元兩部分;上層為面板單元，下層起支承作用的為背架單元。背架單元采用三角形鋁合金螺栓球空間網架結構。 [〇〇22]三角形鋁合金螺栓球空間網架結構，具體是:三角形所指的是投影平面視圖為三角形。鋁合金是指所涉及的反射面單元采用的材質均為鋁合金，其中背架單元的桿件采用 6061-T6,背架單元的螺栓球采用2A12-T42,面板單元的檁條采用6061-T6,沖孔鋁板采用 5052。螺栓球空間網架是指所涉及的反射面單元的結構形式為螺栓球空間網架而非焊接空間網架，進一步，空間網架同結構工程中的空間網架，此外，該空間網架采用的是三角錐空間網架。
[0023]面板單元由鋁合金檁條以及鋁合金拼接板構成骨架，在骨架上用抽芯鋁鉚釘鉚接上透孔率為50% (孔的直徑為5mm，中心距為6.7mm)、厚度為1mm的鋁板。兩層之間通過調整裝置連接。背架單元的三個角上有連接裝置，同過連接裝置可以連接到主索網上的反射面單元連接盤上。
[0024]調整裝置除了起連接面板單元和背架單元作用外，還具有調整面板單元表面和背架單元上表面之間的距離的作用，調整該距離是為了調整面板單元上表面的擬合面形精度。
[0025]三個頂點通過連接裝置安置于鋼索編織成的索網上的反射面單元連接盤上，三個頂點的連接方式根據運動學分析，分別釋放移動約束；[〇〇26]連接裝置，有三種類型，對應0號、1號、2號節點分別稱為0號、1號、2號連接裝置，分別為釋放〇個、1個、2個移動約束。即，0號節點有三個轉動自由度、1號節點可以沿著反射面單元的角平分線滑動，2號節點可以沿著角平分線方向以及其垂直方向滑動。
[0027] 面板單元上有洞口，測量基墩從洞口中穿過，觀測過程中，測量基墩的圓心沿著與大窩凼中心的連線移動。[〇〇28]按照公式:
[0029]D=(h+1200)tana+B/cosa+2 A[〇〇3〇] D—測量基墩干涉尺寸；[0〇31] h一開孔式反射面單元厚度，彡600mm;[〇〇32] a—開孔式反射面單元傾斜角度；[〇〇33] B—測量基墩直徑，取1290mm;
[0034]A 一側偏距尚，取130mm。
[0035]此處洞口是指開孔反射面單元所開的孔洞。每塊開孔式反射面單元所處的位置不同，其傾斜角度也不同，觀測過程中，開孔式反射面單元沿著其法線法向方向平動，測量基墩穿過開孔式反射面單元干涉的區域為長圓形，上述公式所指的D即為該過程中的長圓形的長軸尺寸。[〇〇36]幾個符號的說明:
[0037]D，根據公式計算出一個圓形的洞口，該符號代表測量基墩對開孔式反射面單元沿運動方向的干涉尺寸，方向由設計圖的圖紙得出，投影近似指向圓心位置；
[0038]h，代表該類型開孔式反射面單元的總厚度，包含空間鋁合金螺栓球網架型式的背架單元的厚度和其上的鋁合金面板單元的厚度；
[0039]a，由于FAST反射面為一球面，運行過程中呈瞬時拋物面，因此，開孔式反射面單元在不同位置具有不同的傾角，傾角在3.8°?43° ;
[0040]B，與開孔式反射面單元干涉的測量基墩的直徑，定值1290mm;[0041 ] A，在FAST望遠鏡運行過程中，隨著球面變拋物面(300m 口徑)，開孔式反射面單元會發生側偏，取側偏值為130mm。[〇〇42]在測量基墩上有供攀爬到頂部的爬梯，為保證人能從底部通過反射面，洞口需要預留供人通過的空間，因此洞口需要沿著圓周方向外擴800mm。洞口調整后近似為一個橢圓形。
[0043]背架單元構件布置完成后，使用懸挑面板形成近似橢圓形的洞口。
[0044]在未進行觀測時，開孔式反射面單元處于半徑為300米的球面上，該球面稱為中性面；
[0045]觀測過程中，反射面將由球面變成拋物面，在下拉索的牽拉下，開孔式反射面單元沿著法線方向相對于中性面升高或降低；
[0046]開孔式反射面單元有三個極限位置:最高端、中性面、最低端，測量基墩對其干涉。
[0047]在開孔式反射面單元上形成設計洞口，實施時，背架單元的桿件采取網架抽桿處理方式，形成不規則洞口，該不規則洞口大于理論計算之洞口尺寸;次而，形成與背架單元不規則洞口相對應的面板單元洞口；再次，通過計算分析得出不規則洞口與理論洞口相比缺失的部分，形成不規則蒙板，通過蒙板來擬合形成理論計算所得之洞口。
[0048]如圖2所示，開孔式反射面單元一個頂點角部的三角形子單元1為翻轉結構；該三角形子單元1的底邊以及其臨近的三角形子單元3底邊的通過兩個合頁2連接，拼裝時，該三角形子單元1先不與其下的背架單元螺栓連接，將其翻折到其臨近的三角形子單元3上；吊裝到索網上的反射面單元連接節點上后，將其翻折回位，通過螺栓連接的方式與背架單元連接就位。
【主權項】
1.開孔式反射面單元，其特征在于:包括背架單元和面板單元兩部分；上層為面板單 元，下層起支承作用的為背架單元;背架單元采用三角形鋁合金螺栓球空間網架結構;面板 單元由若干塊小的面板子單元組合而成;開孔式反射面單元的三個頂點通過連接裝置安置 于鋼索編織成的索網上的反射面單元連接盤上，三個頂點的連接方式根據運動學分析，分 別釋放移動約束；背架單元和面板單元上有洞口，測量基墩從洞口中穿過，觀測過程中，反射面單元沿著 其法線方向上下移動，測量基墩的圓心沿著開孔式反射面單元形心與大窩凼中心的連線相 對移動。2.根據權利要求1所述的開孔式反射面單元，其特征在于:所述的洞口確定方法，按照 公式:D= (h+1200)tana+B/cosa+2 AD—測量基墩干涉尺寸；h—開孔式反射面單元厚度，< 600mm;a—開孔式反射面單元傾斜角度；B—測量基墩直徑，取1290mm;A —側偏距尚，取130mm。3.根據權利要求2所述的的開孔式反射面單元，其特征在于:在開孔式反射面單元上形 成設計洞口，實施時，背架單元的桿件采取網架抽桿處理方式，形成不規則洞口，該不規則 洞口大于理論計算之洞口尺寸;次而，形成與背架單元不規則洞口相對應的面板單元洞口； 再次，通過計算分析得出不規則洞口與理論洞口相比缺失的部分，形成不規則蒙板，通過蒙 板來擬合形成理論計算所得之洞口。4.根據權利要求1所述的的開孔式反射面單元，其特征在于:開孔式反射面單元一個頂 點角部的三角形子單元(1)為翻轉結構;該三角形子單元(1)的底邊以及其臨近的三角形子 單元(3)底邊的通過兩個合頁(2)連接，拼裝時，該三角形子單元(1)先不與其下的背架單元 螺栓連接，將其翻折到其臨近的三角形子單元(3)上；吊裝到索網上的反射面單元連接節點 上后，將其翻折回位，通過螺栓連接的方式與背架單元連接就位。
【文檔編號】H01Q15/14GK105958210SQ201610299189
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】古學東, 趙保慶, 趙清, 朱明 , 王啟明
【申請人】中國科學院國家天文臺