500m口径主动球面望远镜反射面支撑结构分析

    为了提高天文深空探测能力，1993年，在京都国际无线电科联大会上，中、澳、加、法、德、印、荷、俄、英、美等国射电天文学家联合倡议，筹划建造接收面积为1拓矛的巨型射电望远镜，其灵敏度比目前世界上最大的望远镜(Areciha，D=305m)高两个数量级.此后，我国天文界成立了大型射电望远镜(LT)中国推进委员会，提出了利用我国贵州喀斯特洼地(KarstBase)，建造具有主动球面反射面的巨型射电望远镜的计划(five一hund meter aperture sericaltelescope，FAST).

    FAST工程在北京天文台科学家们的主持下，于1994年开始可行性研究，此后不久即进入科学及技术上的预研究，1999年进人模型试验研究阶段，期望将来进入国家“十五”规划项目.FAST工程的预研究跨越多种学科，研究课题数量多，技术难度大.国内参加预研究的单位有十几家，同济大学于1998年参加FAST项目的研究工作，所承担的科研任务主要有:①主动球面反射面面板及其支撑结构系统的分析、设计研究;②反射面面板拟合运动中的间隙补偿方法研究;③馈源支撑结构系统的分析、设计研究;④主动反射面拟合运动的传动系统、控制系统及馈源系统的传动系统、控制系统的设计研究.

    本文根据望远镜主动反射面的变形及运动要求，对反射面支撑结构的承载能力及正常工作状态变形进行了详细设计计算，分别给出了采用钢结构体系及铝合金结构体系的受力性能、变形特点及经济指标.

    1 反射面的基本单元及反射面材料

    反射面的基准面为一曲率半径r=300m、口径D=soom的球面，该球面由1788个曲率半径r=300m、边长a=7.5m的六边形球面基本单元组合而成.每一个基本单元在球面反射面体系中为一独立不变的子单元，在主动反射面拟合抛物面的运动中为一独立不变的子结构系统，并与相邻单元协调运动，达到拟合预定抛物面的目的.构成反射面的六边形球面基本单元又由54个边夜为。b=2.5m的平面三角形组成，各三角形在基本单元中的位置是固定的.该六边形球面基本单元如图1所示.

    根据天文科学及望远镜系统环境等方面的要求，主动反射面的反射板采用铝板，该铝板为厚度t小于等于1mm的网格铝板，网格铝板中铝肋条的宽度约3mm，肋条间隙3mm，铝肋面积占板平面总面积75%左右.每个基本单元的面积A;=146.142m，反射面的总面积约为A=261501.9m.铝材的线密度p=2.8tm，若反射面板厚为t=1mm。则整个反射面的铝板材约需548.7t.

     2  反射面支撑结构方案

     根据反射面基本单元的运动特点，每个基本单元的支撑结构只有三个均布在结构边缘的铰支支撑点(其中一个为固定铰，两个为可移动铰)，故此支撑结构应有可靠的整体性、空间刚度及可靠性.对比现阶段常用的网壳及析架体系的结构特点，空间网壳结构体系比交叉析架体系具有更好的空间刚度、整体性能、结构可靠性及经济指标，且制作安装方便，易于控制结构几何形态及变形.故此，反射面的支撑结构采用1788个与球面基本单元相协调的六边形球面网壳结构‘，以利制作、安装、控制变形及保证结构的可靠性.反射面的支撑方式如图2所示.