大口径射电望远镜日照热建模及特性分析

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随着射电望远镜朝大型化和高精度化的方向发展,太阳辐射温度场产生的随时间变化的热变形,对望远镜性能的影响越来越显著。研究射电望远镜日照温度场的规律和特点,对大口径射电望远镜的结构设计有着重要的工程指导意义。本文通过理论、仿真、实验相互结合的方式,对望远镜所处热环境进行了建模,分析了望远镜日照温度场单工况、多工况下的分布规律,以及温度场对望远镜性能的影响。主要包括以下内容:(1)射电望远镜周围热环境建模首先介绍了大口径射电望远镜日照热分析中使用的太阳模型和热交换理论,并讨论了阴影遮挡问题。进一步对以上理论进行了验证,在此基础上建立了射电望远镜的热分析模型。(2)射电望远镜构件外表面对流换热系数计算以计算流体动力学(CFD)理论、传热学理论为基础,分析了望远镜重要构件在不同工况下,周围的风速分布与自身的温度分布,得到了构件外表面与空气之间的对流换热系数以及换热系数与风速间的关系。(3)射电望远镜日照温度场的特点与规律分析根据望远镜所处实际热环境,确定了热分析理论中各种参数的具体数值,计算、统计并分析了望远镜单工况、多工况下的日照温度场及其所具有的特点和规律。发现了随着俯仰角的增大,背架受太阳直射的时间减少;主反射面温差曲线的“驼峰”变化;俯仰结构温差在入夜后上升等现象。由于俯仰结构中不同梁间存在着巨大的热时间常数差异,使得俯仰结构的整体温差在夜间远高于望远镜其他结构。研究射电望远镜的日照温度分布与日照热效应,对望远镜热传感器布局优化、望远镜热补偿和热设计有着重要的工程指导意义。
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