面向?qū)ο笳{(diào)整的pe反射面單元的設(shè)計

反射面由大約4000個三角形反射面單元組成，每個單元由背面和反射面組成。背架采用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式,反射面采用沖孔板面板單元拼裝結(jié)構(gòu),通過調(diào)整機(jī)構(gòu)與背架連接,實(shí)現(xiàn)反射面的精度調(diào)整。在三角形背架的3個角點(diǎn),由節(jié)點(diǎn)與主索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)連接,該節(jié)點(diǎn)具備必要的自由度以滿足反射面單元調(diào)整的需要。FAST反射面單元要求具有質(zhì)量輕、安裝調(diào)整方便的特點(diǎn),研制過程以質(zhì)量輕、剛度高、工藝簡單和成本低為原則。1技術(shù)指標(biāo)及工藝特點(diǎn)國家提出的索網(wǎng)式主動反射面的方案,要求反射面單元具有質(zhì)量輕、精度高和調(diào)整方便的特點(diǎn),同時考慮到經(jīng)費(fèi)因素,以質(zhì)量輕、剛度高、工藝簡單和成本低作為設(shè)計的指導(dǎo)思想,具體技術(shù)指標(biāo)如下。(1)單元尺寸:邊長1m左右的等邊三角形,面板外廓邊界為邊長11m左右,背架外形尺寸不限,但不應(yīng)超出面板外廓。(2)表面精度σ≤2.5mm。(3)背架形式為空間網(wǎng)架。(4)反射面形式:鋁板沖孔、輾平拉伸網(wǎng),透孔率>35%。(5)載荷和力學(xué)性能:載荷考慮背架合理剛度。(6)平均質(zhì)量期望值≤10kg/m(7)表面防腐蝕處理:電鍍鋅12μm→底漆H06-1210H一道→面漆B04-11兩道。(8)經(jīng)濟(jì)性為低成本,降低大量生產(chǎn)時的成本。2開發(fā)過程2.1技術(shù)方案反射面單元由背架、面板、蘑菇頭和與驅(qū)動器的接口4部分組成。2.1.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案由反射面的整體工作安裝原理決定,對背架的要求應(yīng)是高比剛度、輕體耐腐、運(yùn)輸方便、易于安裝。到目前為止,能滿足上述要求的背架結(jié)構(gòu),優(yōu)選的是標(biāo)準(zhǔn)螺栓球空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。為了滿足背架的物理和力學(xué)要求,可對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采取螺栓球連接、預(yù)制桿件、散件運(yùn)輸、現(xiàn)場安裝等技術(shù)措施,預(yù)計可以有理想的結(jié)果。背架結(jié)構(gòu)如圖1所示。背架選用雙層結(jié)構(gòu),兩層之間距離為0.8m,節(jié)距設(shè)計為1.83m,上層等邊三角形每邊由6根圓管組成,共11m,下層等邊三角形由5根圓管組成,共9m。根據(jù)力學(xué)仿真計算,在滿足使用要求的前提下,圓管的直徑不應(yīng)小于25mm,最終在考慮質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性后,選擇直徑26.8mm的圓管,壁厚為1.8mm。節(jié)點(diǎn)之間的連接采用螺栓球連接,每個螺栓球直徑為60mm。螺栓球形狀如圖2所示。根據(jù)參數(shù)計算,背架單元質(zhì)量約為580kg。螺栓球與各圓管連接如圖3所示。2.1.2面板沖孔方式的改進(jìn)面板有沖孔板面和網(wǎng)面兩種選擇,網(wǎng)面面板相對于板面面板有價格低廉、質(zhì)量輕、抗風(fēng)、抗暴風(fēng)雨等優(yōu)點(diǎn)。但是在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),單純使用網(wǎng)面面板,無法在較大的面積上實(shí)現(xiàn)鋪設(shè)平整,因此還是選用沖孔板面面板。從結(jié)構(gòu)的整體性考慮,設(shè)計了如圖4所示的結(jié)構(gòu)方案,在面板的中間和邊緣采用檁條結(jié)構(gòu),單塊面板的邊長為1.83m;從易于調(diào)節(jié)面板精度的角度考慮,設(shè)計了如圖5所示的結(jié)構(gòu)方案(備選),單塊面板邊長為0.91。為了設(shè)計的需要,在面板上采用板沖孔方式減重。經(jīng)過實(shí)驗(yàn),在板厚為1mm的鋁板上,以3mm為間距,沖直徑為5mm的孔,可以達(dá)到較好的平整度和減重效果。2.1.3菇頭的結(jié)構(gòu)與可調(diào)整性為了面板的安裝和調(diào)節(jié),必須采用一定的裝置將其連接起來。采用蘑菇頭連接的原因是蘑菇頭的結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、調(diào)節(jié)容易,可以較準(zhǔn)確地得到所需要的球面形狀,蘑菇頭的結(jié)構(gòu)如圖6所示。每個蘑菇頭位于平面網(wǎng)面的每兩個連接圓管接點(diǎn)螺栓球處及每個連接圓管的中央處。蘑菇頭下端為M10螺桿,在螺栓球的對應(yīng)位置打M10螺孔,在連接圓管的中央位置焊接一個有M10螺孔的支座。蘑菇頭板和面板邊緣的三角形檁條螺栓連接,立桿與背架可調(diào)整連接,每個蘑菇頭的可調(diào)整范圍為±5mm。反射面組裝時,首先用經(jīng)緯儀將所有蘑菇頭調(diào)整,使蘑菇頭板包絡(luò)成要求的球面,再將網(wǎng)面的支撐檁條分別與各蘑菇頭板螺栓連接定鋪即可。2.1.4耳板、端板、連接螺管經(jīng)過研究背架接口的排布,初步設(shè)計與驅(qū)動器的接口采用如圖7所示方式,其中耳板、端板1、端板2、連接螺管是在工廠加工時焊接在一起的,在現(xiàn)場裝配時,再將這部分與連接桿通過螺栓連接裝配在一起,這樣設(shè)計的目的是為了便于運(yùn)輸。耳板的位置尺寸和端板1、2的連接方式還需要進(jìn)一步討論。2.2力學(xué)計算2.2.1計算模型天線背架計算模型如圖8所示,其單元數(shù)為22823個,節(jié)點(diǎn)數(shù)為23437個。2.2.2計算結(jié)果的計算天線背架的變形分析、應(yīng)力分析如圖9、圖10所示,通過計算得到的結(jié)論如下。(1)在重力作用下天線背架的最大變形為2.48mm,邊緣中點(diǎn)處變形為2.29mm。(2)在重力作用下,天線背架的最大應(yīng)力為57MPa。2.3全體檢查反射面單元所包含的零部件分別進(jìn)行噴砂噴鋅,然后噴底漆,最終面漆顏色為白色。3執(zhí)行該計劃3.1面板結(jié)構(gòu)及力學(xué)模型的建立(1)采用標(biāo)準(zhǔn)螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)性好,剛度好,運(yùn)輸方便,并且在現(xiàn)場裝配時迅速、快捷、準(zhǔn)確避免了現(xiàn)場焊接的種種不便。(2)采用三角形面板作為面板的基本單位,結(jié)構(gòu)簡單,剛度好,制造和運(yùn)輸方便。(3)用蘑菇頭進(jìn)行面板的調(diào)節(jié),結(jié)構(gòu)牢固,精度高。(4)邊長11m的等邊三角形,面板外廓邊界為邊長11m三角形。(5)背架形式為空間網(wǎng)架。(6)反射面形式:鋁板沖孔網(wǎng)(透孔率約35%)及輾平拉伸網(wǎng)。(7)載荷和力學(xué)性能(參考2.2節(jié)力學(xué)計算)。(8)平均質(zhì)量值:10kg/m(9)熱噴鋅20μm→底漆H06-1210H兩道→面漆(白)B04-11兩道。3.2實(shí)際變形驗(yàn)證3.2.1背架位置的測量將反射面單元通過3個支耳支撐起來,測量背架上某一邊2個邊緣點(diǎn),以及中間1點(diǎn)的位置。然后將背架翻轉(zhuǎn),同樣支撐3個支耳,測量背架上平面的同樣點(diǎn)的位置。分別計算中間1點(diǎn)到2個邊緣點(diǎn)構(gòu)成的直線位置,得到背架在兩次情況下的變形量,兩次結(jié)果相加除2,這樣就可以消除背架本身的制造、裝配變形,得到背架邊緣中點(diǎn)在重力作用下的變形量。3.2.2重力作用下的變形實(shí)驗(yàn)1,計算得到中間1點(diǎn)距離2個邊緣點(diǎn)構(gòu)成的直線距離為9.44mm。實(shí)驗(yàn)2,計算得到中間1點(diǎn)距離2個邊緣點(diǎn)構(gòu)成的直線距離為-4.51mm(規(guī)定點(diǎn)在直線上方為正)。這樣可