一種軸對稱反射面天線熱變形實時預估方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及天線技術領域，具體是一種軸對稱反射面天線熱變形實時預估方法。 應用于對工程中軸對稱反射面天線溫度場和熱變形的實時預估。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術的發(fā)展，反射面天線向著高頻率、高增益、大口徑的方向發(fā)展，任何 微小結構變形都將引起電性能的顯著下降，溫度作為天線載荷之一，越來越受到重視。西班 牙IRAM-30米射電望遠鏡工作頻率高達230GHz，天線整體配有溫控設備，上海余山65米、德 國Effelsberg-100米等射電望遠鏡，因其結構鹿大，難W配置溫控設備，熱變形嚴重制約 著電性能。
[0003] 為了保證天線的電性能，最有效的方法是通過溫控措施來降低反射面天線溫度場 的梯度，從而減小反射面天線的熱變形。然而，在大型反射面天線上配置溫控設備的代價較 大，通常沒有溫控設備。目前，改善變形反射面天線電性能的方法主要是通過主動反射面技 術減小反射面的變形，或者通過移動副面（雙反射面天線）或者饋源（單反射面天線），根 據最佳吻合的概念，減小天線主反射面的系統(tǒng)變形?？梢?，上述方法的共同前提是主反射面 的變形信息是已知的，因此，為了實時減小溫度對天線的電性能的影響，熱變形的實時預估 是關鍵的一步，而溫度場的實時獲取則是熱變形實時預估的前提。
[0004] 實際上，地基反射面天線時刻受到太陽福射、天空散射及地面反射等復雜因素的 影響，且反射面天線多工況及太陽位置時變而導致溫度場無規(guī)律分布。目前獲取天線溫度 場主要方法有兩種；有限元仿真和溫度傳感器測量。有限元方法基于傳熱學理論，可反映結 構內在傳熱規(guī)律，但由于復雜時變的環(huán)境難W精確度量，邊界條件的設置主觀因素過多，計 算誤差較大，每次只能計算一種工況下的溫度場且計算時間較長，不具有實時性。布置溫度 傳感器則可實時獲取實際天線的溫度場，但成本較高，且大量傳感器所測數(shù)據的可靠性下 降，采用插值方法也存在一定的插值誤差?？傊瑢崟r準確獲取天線溫度場比較困難，無法 實現(xiàn)反射面天線熱變形的實時預估，進而無法根據現(xiàn)有技術實時減小反射面天線熱變形對 其電性能的影響。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有方法的不足，結合測量溫度數(shù)據和仿真溫度數(shù) 據，提出一種軸對稱反射面天線熱變形實時預估方法，實時準確獲取天線溫度場，實現(xiàn)反射 面天線熱變形的實時預估，進而實時減小反射面天線熱變形對其電性能的影響。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是：一種軸對稱反射面天線熱變形實時預估方法，包 括如下步驟：
[0007] (1)依據反射面天線的結構參數(shù)W及結構分析相關的材料屬性，通過結構分析軟 件ANSYS建立有限元模型；
[0008] (2)依據反射面天線的有限元模型W及熱分析相關的材料屬性，通過熱分析軟件 I-DEAS建立熱分析模型；
[0009] (3)依據天線熱分析模型，通過I-DEAS熱分析軟件計算太陽光線與天線口徑面不 同夾角時對應的溫度場，建立溫度數(shù)據表；
[0010] (4)依據實際天線的當前工況，從步驟（3)所建立的溫度數(shù)據表中查表獲取一個 溫度場；
[0011] (5)在天線背架和主反射面上各分散布置若干溫度傳感器，依據實測溫度數(shù)據，修 正步驟（4)查表所得的溫度場；
[0012] (6)依據修正后的溫度場，通過ANSYS結構分析軟件，計算天線當前工況對應的熱 變形。
[0013] 所述步驟（1)中反射面天線的結構參數(shù)包括天線背架、中也體、主反射面、副反射 面等結構的幾何參數(shù)信息；結構分析相關的材料屬性包括密度、泊松比、彈性模量、熱膨脹 系數(shù)。
[0014] 所述步驟（2)中反射面天線熱分析相關的材料屬性包括熱傳導率、比熱、吸收率 和發(fā)射率；所述步驟（2)中通過熱分析軟件I-DEAS建立熱分析模型，按如下過程進行：
[0015] (2a)將熱分析相關的材料屬性和天線相關的單元類型按照I-DEAS可識別的命令 寫成命令流文件；
[001引 姊）依據ANSYS有限元模型，提取節(jié)點坐標和單元連接關系，并將其寫成I-DEAS 可識別的命令流文件；
[0017] (2c)在I-DEAS軟件中依次讀入步驟（2a)和（2b)中的命令流文件，生成反射面天 線的熱分析模型。
[0018] 所述步驟（3)中依據天線熱分析模型，通過I-DEAS熱分析軟件計算太陽光線與天 線口徑面不同夾角時對應的溫度場，建立溫度數(shù)據表，按如下過程進行：
[0019] (3a)打開I-DEAS軟件，導入天線熱分析模型；
[0020] (3b)設置熱分析模型的地理締度為0度，天線俯仰角為0度，即天線指平，設置口 徑面朝東或者朝西，設置仿真日期為春分或者秋分；
[002。 （3c)根據天線所在地區(qū)和季節(jié)常見的天氣狀況，設置太陽常數(shù)，環(huán)境溫度，遠空溫 度，大氣清潔因子，大地反射因子，天空散射因子，自然對流系數(shù)；
[002引 （3d)設置仿真時間間隔為At,單位為砂，則一天共有24X3600今At種工況，進 而確定相鄰兩個工況的角度間隔為A 0心1= 360今（24X3600今At),單位為度，則從太陽 升起到太陽降落共有180/A 0 +1種工況；
[002引 （3e)進行瞬態(tài)溫度場分析，得到180/ A 0 +1種工況對應的溫度場；
[0024] 做）根據各工況太陽光線與天線口徑面的夾角0ikt，建立溫度數(shù)據表，其中太陽 光線在口徑面上方時夾角為正，在口徑面下方時夾角為負。
[00巧]所述步驟（4)中依據實際天線的當前工況，從步驟（3)所建立的溫度數(shù)據表中查 表獲取一個溫度場，按如下過程進行：
[0026] (4a)計算當前時刻的太陽高度角目和太陽方位角a (規(guī)定東南方向為負，西南方 向為正），按下面的公式進行計算：
[0027] sin 目=sin〇Ns * sin 5+cos〇Ns * cos 5 ? cos W， . cosd.sirud
[0028] sin a =---， cos />
[0029] cos a 二 sec〇NsSec P (sin〇NsSin P-sin 5 )，
[0030] 其中，表示天線地理締度（規(guī)定赤道W北為正，赤道W南為負），w表 示實際天線所處地理位置的當前地方時間對應的太陽時角，5表示太陽赤締角， S =巧.45.sin(360 式中d按1月1日取1，1月2日取2,依此類推； 365
[0031] (4b)計算太陽光線和實際天線口徑面的相對位置關系，包括太陽光線與實際天線 口徑面的夾角0和太陽光線在口徑面投影與口徑面局部坐標系0-XiyiZi的Xi軸的夾角口：
[0032]
[0033]
【主權項】
1. 一種軸對稱反射面天線熱變形實時預估方法，其特征是：包括如下步驟： (1) 依據反射面天線的結構參數(shù)以及結構分析相關的材料屬性，通過結構分析軟件 ANSYS建立有限元模型； (2) 依據反射面天線的有限元模型以及熱分析相關的材料屬性，通過熱分析軟件 I-DEAS建立熱分析模型； (3) 依據天線熱分析模型，通過I-D