天線座架非均勻溫度場及熱致變形研究

易樂天，許 謙,2,3*，李 琳，王 惠

(1. 中國科學院新疆天文臺，新疆 烏魯木齊 830011；2. 中國科學院射電天文重點實驗室，江蘇 南京 210033；3. 新疆射電天體物理重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830011；4. 新疆大學物理科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046)

中國科學院新疆天文臺南山25 m射電望遠鏡(NanShan Radio Telescope, NSRT)始建于1993年，是方位-俯仰輪軌式賦型卡賽格林天線。望遠鏡于2015年完成系統性升級改造，觀測頻段提高至43 GHz，觀測頻段的提高給天線指向精度和面型精度帶來了新的挑戰。根據實際測量的指向，天線指向誤差在白天最高可達20～30″。初步分析認為，這部分指向誤差的主要來源是太陽輻照引起的座架非均勻溫度，以及由此產生的熱致座架結構形變，嚴重限制了望遠鏡用于高頻觀測的時間。南山25 m射電望遠鏡面臨的熱致誤差問題對于中高頻射電望遠鏡并不鮮見，隨著現代全可動射電望遠鏡向大口徑方向發展[1]，太陽輻照引起的天線非均勻溫度場及結構熱致變形問題引起了眾多國內外天文領域工程師和研究人員的關注[2-10]。相關研究難點集中在天線熱力學特性和熱致變形的分析方法上，部分研究在天線結構關鍵位置處布設少量傳感器，通過回歸分析等數據分析方法建立天線誤差和溫度測量數據的經驗模型。部分學者通過有限元熱分析直接根據天線熱環境參數仿真獲取天線結構溫度場。但熱力學有限元分析中影響仿真結果準確程度的敏感參數眾多，需要把握天線熱力學環境對天線溫度場分布產生主要作用的關鍵因素，著重處理計算精度、建模細節與計算效率三者之間的矛盾。……