大型射電天線輪軌磨損機理及跟蹤性能提高方法研究

《大型射電天線輪軌磨損機理及跟蹤性能提高方法研究》是依託杭州電子科技大學，由陳志平擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：大型射電天線輪軌磨損機理及跟蹤性能提高方法研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：陳志平
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

以50m射電天線的輪軌系統作為主要研究對象，探索因輪軌問題引起的指向跟蹤誤差及其補償方法，探究提高大型射電天線的指向跟蹤精度和跟蹤性能的技術與方法。引入非赫茲彈塑性接觸理論，構建輪軌驅動系統動力學模型；引入材料摩擦磨損理論，深入研究射電天線輪軌的彈塑性變形機理、輪軌接觸磨損機理、滾動中滑移與爬行機理，掌握動態跟蹤中滯後回響的分布規律；引入多體耦合動力學理論和有限元技術，研究輪軌系統參數變化引起指向跟蹤誤差的程度及其補償方法。通過仿真分析和現場檢測試驗等手段，系統地解決大型射電天線輪軌的磨耗和損傷、因輪軌因素引起指向跟蹤性能不穩定和不可控制等關鍵問題。研究成果將為正在運行的50米天線提出輪軌磨損預防和減緩措施以及指向跟蹤誤差修正方法；為正在建造的65m及規劃中的100m天線的輪軌設計，提供理論依據與技術指導；有利於提升我國在大型射電天線方面的整體維護和整體研製水平。

結題摘要

本項目以50米射電天線的輪軌系統作為主要研究對象，兼顧國內25米輪軌和40米轉台天線，探索了因輪軌問題引起的指向跟蹤誤差及其補償方法。引入了非赫茲彈塑性接觸理論，構建輪軌驅動系統接觸力學模型；引入了材料摩擦磨損理論，研究了射電天線輪軌的彈塑性變形機理、輪軌接觸磨損機理、滾動中滑移與爬行機理，從理論上分析了動態跟蹤過程中滯後回響的分布規律；通過仿真分析了50米天線軌道裂縫出現的原因。運用仿真分析和現場檢測試驗等手段，解決了軌道出現裂縫的工程修復問題。開展了考慮軌道非線性誤差的大型射電望遠鏡指向誤差修正方法研究。對40米和50米天線的指向誤差進行實測分析，在傳統指向修正模型的基礎上，建立了考慮方位軸非線性誤差的指向修正模型，推導了軌道誤差與方位軸誤差的關係。針對50米天線，進行了全天區指向誤差測量，獲得了方位、俯仰各60組測量數據。利用觀測的數據對方位軸誤差的二次項進行了辨識，分析發現：在修正模型中增加方位軸二次修正項可以分別實現方位、俯仰修正後指向誤差1.3角秒和1角秒的提高。 項目實施中，在尋找國家天文台50米口徑射電天線運行幾年後指向精度下降的工程原因中，以輪軌接觸問題進行仿真計算，結果表明最大變形應小於1mm，這遠小於實際測量值。隨後制定了全軌不平度誤差和載入變形測量方案，對天線軌道進行現場實測，獲得全軌水平度平均測量值為2.89mm，全軌水平度誤差已經達到1.5mm。進一步的探傷檢測發現軌道接頭和焊縫出現大面積裂紋，據此提出軌道維修策略，經軌道維修和焊縫處理後進行重新實測，新的測量數據與仿真結果基本吻合，證明輪軌的接觸分析模型是正確的，軌道裂縫的處理方案是可行的。項目的實施取得了一部分成果，為大型天線輪軌系統的設計與維護提供有效依據和途徑，但在多體動力學分析方面還沒有取得突破，將是下一步研究的重點。