具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置及其工作方法

摘要

具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置及其工作方法，装置包括高度轴结构和方位轴结构，特征是高度轴结构设置在箱体式封闭性结构内，箱体式封闭性结构的上部设有天窗，外部设有隔热板和百叶窗，叶窗设有可上下折叠打开的遮风板；通风装置将由温度计网络监控，用于控制百叶窗的遮风板。本发明封闭性较好,能较好地挡住反射面板上的太阳光照射和风载荷,减小风振动；可均匀仪器周围温度、主动调节望远镜观测时的环境气温,排除仪器周围的热量；对望远镜过滤防尘的作用；望远镜性能改善。本发明结构简单，能够很好地主动调节风场和温度场。

权利要求

1.一种具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置，包括高度轴结构和方位轴结构，其特征在于，所述的高度轴结构设置在箱体式封闭性结构内，构成高度轴箱体结构，该高度轴箱体结构上部包含天窗，四周由隔热板包裹，其为绝热保温层, 二是让箱体外表面具有高反射能力,且隔热板上开有通风口并安装百叶窗，在观测时打开百叶窗，使内外的空气有效对流；百叶窗有上下可折叠打开的遮风板, 以保证通风充分合理，又可保证主镜和副镜部分不受过大的风振影响；这些通风装置将由温度计网络监控，用于控制百叶窗的遮风板，并允许空气再循环，以避免在内部存留暖空气；高度轴箱体式结构支撑在叉臂结构上，叉臂结构底部安装在下部的刚性锥体转台上。

2.根据权利要求1所述的具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置，其特征在于，所述的遮风板直接安装在百叶窗口上，使用链条通过单个电机带动转轮将遮风板窗叶一起移动。

3.根据权利要求1所述的具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置，其特征在于，所述的遮风板是夹有金属层的夹层，提供内部和外部外壳，并填充空隙；使用边缘的槽口和软密封进行密封，且等距相互对称。

4.根据权利要求1-3之一所述的具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置，其特征在于，所述的温度计网络的构成是：在高度轴箱体结构内部按照需要布置一定数量的温度传感器测出仪器附近的热温度分布, 并由电脑分析这些温度对观测精度的影响, 以此为依据, 由电脑设置通风百叶窗遮风板开合大小参数，尽量利用自然通风来均匀温度场。

5.权利要求1所述的具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置的工作方法，其特征在于，步骤如下：

（1）不工作时由风屏遮挡封闭天窗,工作时打开天窗, 让天体辐射进入望远镜光路系统；

（2）随着望远镜跟踪天体, 高度轴箱体结构和方位轴结构实现二维旋转，对观测目标的指向和跟踪；

（3）根据外界风力大小、方向以及太阳辐射温度控制百页窗窗口开合和方向, 保持室内有一定速度的空气流动,从而均匀仪器周围温度，又可保证镜子部分不受过大的风振影响。

说明书

具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及射电望远镜高度轴箱体式结构集成控制技术，具体涉及一种具有圆顶功能的箱体式结构可以遮挡风和太阳光照射污染，以及温控调节技术的装置。本发明还涉及这种装置的工作方法。

背景技术

[0002] 随着地面射电天文望远镜研制技术的迅速发展, 地面射电天文望远镜的性能越来越好,望远镜的性能与外界风速特性密切相关，尤其是射电望远镜高精度主动反射面技术。随着射电望远镜的口径越来越大，其支撑结构也随之变得更柔，阻尼变得更小，对风荷载和温度变化更加敏感，尤其风荷载和风效应也将更为复杂。大口径射电望远镜裸露观测时避不开风、温度、灰尘等对望远镜的影响。一般来说，在项目完成之前，对观测站中的风环境行为进行准确的预测一直是设计的挑战之一。这是由于环境条件（如风速/风向、空气温度）、钢构件尺寸、开口和通风系统、热源等多种影响因素造成的。目前大口径射电望远镜设计中，射电望远镜都是开放式观测设计，直接暴露在观测环境中，容易受到外界观测环境的影响，常通过刚度设计来控制结构的层间位移角，从而有效地防止结构或构件产生过大的挠度或变形。随着射电望远镜口径的增加，结构的刚度不断下降，由于加速度响应与结构刚度开四次方根成正比，通过提高结构刚度的方式降低加速度响应的效率太低。另外也可以通过主动机械阻尼的措施来降低射电望远镜的风效应。主动机械阻尼的措施是通过改变结构本身的一些固有特性从而使其与风荷载的动力效应达不到一种耦合振动的状态,如：位移促动器对射电望远镜结构的振动控制取得了一些效果。

[0003] 近年来，一些大型射电主动反射面板望远镜先后被投入运行, 一些射电望远镜已经计划采用与之相配套的天文圆顶技术, 也越来越受到关注。这一方面是由于天文圆顶提供地面天文望远镜工作和保存的环境, 其结构的合理与否直接影响天文观测的效率和精度。另一方面是由于圆顶造价在天文观测台站成本中占很大一部分比例, 降低圆顶造价, 可为地面天文望远镜研制省下可观的费用。

[0004] 天文圆顶的设计方案, 首先应满足地面天文望远镜对它的功能要求。即在地面天文望远镜工作时, 能让天体辐射自由而尽量少畸变地进入接收器, 并尽量避免风振动、温度变化、雨、湿、灰等不利因素对望远镜的影响在地面光学夭文望远镜不工作时, 也应较好地封闭, 使仪器不受外界风、雨、雪、灰尘等不利环境因素的影响川另外, 圆顶的设计方案还应考虑强度、寿命、可靠、安全、美观与环境协调等因素, 并伴有制造成本低、外形尺寸较小、重量轻、维护保养方便等要求。

[0005] 多年来, 望远镜圆顶一般设计成传统的结构。即根据传统的望远镜回转结构, 将天文圆顶设计成能包容该望远镜转动, 并留有一定工作空间的金属壳形结构。一般下半部为圆柱形, 上半部为半球冠状, 且开有大于通光口径的天窗。这种圆顶封闭性较好, 一般能较好地挡住仪器上的风载荷, 减小风振动。由于以前望远镜一般采用赤道式结构, 跟踪不同天区时望远镜运动外廓包容体积较大, 又要留有一定的工作空间和起吊、维修空间。所以其尺寸一般都较大, 成本也较高。

[0006] 因此，深入研究大口径射电望远镜的风效应，尽量避免风振动、温度变化、灰尘等不利因素对望远镜的影响，提出有效的控制方法，对保障射电望远镜结构的正常运行具有重要的意义。

发明内容

[0007] 基于现有技术的以上不足之处，本发明的目的在于提供一种具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置，本装置在外观上与地平叉式望远镜安装相似，高度轴采用箱体式集成设计，用来遮挡风和太阳光的照射污染。该设计能够减小射电望远镜结构的风致振动，避免太阳光辐射影响和调节望远镜周围温度场变化，在恶劣的天气下，可以使用百叶窗关闭开口。主动地改善高层建筑的三维绕流特性，是一种从根源上通过减小作用在结构上的风荷载来降低风致响应的控制措施，往往相比于结构措施或者阻尼器控制措施可达到更好的控制效果。且同传统的天文圆顶技术相比，可显著减小建设成本。这种箱体式结构在不工作时可以完全关闭, 以保护望远镜,因而不需外加圆顶。本发明还将提供这种装置的工作方法。

[0008] 本发明所采用的技术如下：一种具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置，包括高度轴结构和方位轴结构，其特征在于，所述的高度轴结构设置在箱体式封闭性结构内，该箱体式封闭性结构的上部设有天窗，外部设有隔热板和百叶窗，所述百叶窗设有可上下折叠打开的遮风板；通风装置将由温度计网络监控，用于控制百叶窗的遮风板。

[0009] 所述的温度计网络的构成是：在高度轴箱体结构内部按照需要布置一定数量的温度传感器测出仪器附近的热温度分布, 并由电脑分析这些温度对观测精度的影响, 以此为依据, 由电脑设置通风百叶窗遮风板开合大小参数，尽量利用自然通风来均匀温度场。

[0010] 换言之，本发明是一种射电望远镜高度轴箱体式集成控制技术，射电望远镜机架结构采用地平式，包括高度轴箱体式集成结构和方位轴结构两部分，在瞄准跟踪时实现二维旋转。

[0011] 望远镜高度轴箱体结构内有反射面板M1和M2，内有殷钢框架，外部有隔热板和用于环境保护的可伸缩百叶窗。

[0012] 高度轴箱体结构通过轴承支撑于两边的叉臂结构上，允许180°的行程。叉臂结构支撑在方位轴系锥型转台上，方位轴系旋转角可以达540°。叉臂结构是一个绝缘钢框架，它包含用于焦平面仪器、后端电子设备和望远镜控制设备的空间。

[0013] 整个望远镜通过方位轴轴承与地基刚性连接。它还包括方位电缆拖线，限位开关和编码器。它是一种钢结构，通过锚固的方式固定在混泥土基础上。

[0014] 望远镜结构的一个基本要求是在整个工作条件范围内保持光学元件的形状和位置对准。目前主要采用对温度变化和梯度不敏感的被动而非主动（如主动反射面板位移促动器）系统来满足这些要求。尽管望远镜的被动设计解决方案可以减轻均匀温度变化的影响，但结构中的温度梯度仍然会对性能产生不利影响。因此，设计了一套通风冷却系统，并添加外部空气进行冷却，以确保结构中的温度梯度最小化和均匀性。

[0015] 完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置的工作方法，其特征在于，步骤如下：

[0016] （1）不工作时由风屏遮挡封闭天窗,工作时打开天窗, 让天体辐射进入望远镜光路系统；

[0017] （2）随着望远镜跟踪天体, 高度轴箱体结构和方位轴结构实现二维旋转，对观测目标的指向和跟踪；

[0018] （3）百页窗可根据外界风力大小、方向以及太阳辐射温度控制窗口开合和方向, 保持室内有一定速度的空气流动,从而均匀仪器周围温度，又可保证镜子部分不受过大的风振影响。

[0019] 本发明的原理及有益效果是：这种高度轴箱体式结构设计封闭性较好, 一般能较好地挡住反射面板上的太阳光照射和风载荷, 减小风振动，百页窗可根据外界风力大小、方向控制窗口开合和方向, 保持室内有一定速度的空气流动,从而均匀仪器周围温度, 排除仪器周围的热量。因此，该设计产生六大好处：1）遮挡太阳光照射污染，2）风场主动调控技术3）风控对望远镜跟踪的稳定性提高作用4）风控对射电望远镜在白天太阳下观测系统发热的改善作用5）风控对望远镜过滤防尘的作用6）望远镜性能改善。本发明结构简单，能够很好地主动调节风场和温度场。有限元分析表明，在封窗全部打开（即最差情况下），总的来说箱体内内风力比外边衰减一半左右。

附图说明

[0020] 图1示出了主望远镜的机械设计；

[0021] 图2示出了可调节式百叶窗控制图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0023] 实施例1，具有圆顶功能的射电望远镜箱体式集成装置，望远镜必须为反射镜和焦面仪器提供刚性支撑结构，并为支撑设备提供足够的空间。

[0024] 结合图1，一种射电望远镜箱体式集成设计，具体包括高度轴箱体式结构和方位轴结构两部分，高度轴箱体结构上部包含天窗1，四周由隔热板包裹，其为绝热保温层, 二是让箱体外表面具有高反射能力,且隔热板上开有通风口并安装百叶窗2,在观测时打开百叶窗2,使内外的空气有效对流。百叶窗有上下可折叠打开的遮风板8, 以保证通风充分合理，又可保证主镜和副镜部分不受过大的风振影响。这些通风装置将由温度计网络监控，用于控制百叶窗2的遮风板，并允许空气再循环，以避免在内部存留暖空气。高度轴箱体式结构支撑在叉臂结构3上，叉臂结构3底部安装在下部的刚性锥体转台4上。

[0025] 所述的遮风板8直接安装在百叶窗2上，使用链条5通过单个电机6带动转轮7将八个遮风板8一起移动。遮风板8是夹有金属层的夹层，提供内部和外部外壳，并填充空隙。使用边缘的槽口和软密封进行密封，且等距相互对称。

[0026] 仪器周围风速大小的控制, 是通过上述装置来进行的。参考对一般的二镜系统的光学望远镜, 应着重控制主副镜附近的风速。据Martin等人的研究, 控制的目标函数定为：

[0027]   2+0.2V2M2,

[0028] 式中VM1是主镜附近的风速, 单位m/s; VM2是副镜附近的风速, 单位m/s。根据此式及实测经验, 望远镜周围风速应控制在0.5 1.5m/s之间为最佳。~