大型射电望远镜日照热误差及其补偿的仿真研究

摘要

射电望远镜广泛应用于射电天文、测控导航等领域，随着其工作频率的升高、口径的增大，日照引起的结构热变形对其性能的影响愈发严重；本文针对待建的新疆110 m口径射电望远镜，建立了其日照热力耦合模型，分析了天线在不同时刻、风速及姿态下的温度、变形情况，总结了结构日照温度场、变形场的时空分布特征，最后采用最佳吻合抛物面方法对反射面精度进行了评价，并通过副反射面位置补偿量的变化趋势揭示了天线热变形的共性规律及机理。结果表明：对于日照引起的天线热变形误差，风速越大，结构温度分布越均匀，其越接近等温膨胀变形，反射面形状精度越高；温差引起的结构不均匀变形是反射面精度下降的主要原因，温差越大结构的不均匀变形越大，反射面的形状精度越低；同一姿态不同风速下反射面热误差空间分布具有相似性，该分布与太阳直射点位置直接相关，且会跟随直射点位置发生变化，但由于日照强度、风速等因素的不同，其变形幅度不同。各种姿态下反射面精度变化规律相似，与风速的相关性均为反射面精度随风速上升而提高；采用副反射面位置补偿技术可明显缓解日照热误差影响。本文的分析方法与结论对大口径全可动射电望远镜的设计建造及其热误差控制具有一定参考价值。

关键词

射电望远镜 / 日照热误差 / 热变形 / 反射面精度 / 热误差补偿

基金资助

国家自然科学基金项目（12203008）; 陕西省自然科学基础研究计划面上项目（2021JM-150）; 中国博士后科学基金项目（2020M683598）