面向对象调整的pe反射面单元的设计

面向对象调整的pe反射面单元的设计

反射面由大约4000个三角形反射面单元组成，每个单元由背面和反射面组成。背架采用空间网架结构形式,反射面采用冲孔板面板单元拼装结构,通过调整机构与背架连接,实现反射面的精度调整。在三角形背架的3个角点,由节点与主索网节点连接,该节点具备必要的自由度以满足反射面单元调整的需要。FAST反射面单元要求具有质量轻、安装调整方便的特点,研制过程以质量轻、刚度高、工艺简单和成本低为原则。1技术指标及工艺特点国家提出的索网式主动反射面的方案,要求反射面单元具有质量轻、精度高和调整方便的特点,同时考虑到经费因素,以质量轻、刚度高、工艺简单和成本低作为设计的指导思想,具体技术指标如下。(1)单元尺寸:边长1m左右的等边三角形,面板外廓边界为边长11m左右,背架外形尺寸不限,但不应超出面板外廓。(2)表面精度σ≤2.5mm。(3)背架形式为空间网架。(4)反射面形式:铝板冲孔、辗平拉伸网,透孔率>35%。(5)载荷和力学性能:载荷考虑背架合理刚度。(6)平均质量期望值≤10kg/m(7)表面防腐蚀处理:电镀锌12μm→底漆H06-1210H一道→面漆B04-11两道。(8)经济性为低成本,降低大量生产时的成本。2开发过程2.1技术方案反射面单元由背架、面板、蘑菇头和与驱动器的接口4部分组成。2.1.1网架结构方案由反射面的整体工作安装原理决定,对背架的要求应是高比刚度、轻体耐腐、运输方便、易于安装。到目前为止,能满足上述要求的背架结构,优选的是标准螺栓球空间网架结构。为了满足背架的物理和力学要求,可对网架结构采取螺栓球连接、预制杆件、散件运输、现场安装等技术措施,预计可以有理想的结果。背架结构如图1所示。背架选用双层结构,两层之间距离为0.8m,节距设计为1.83m,上层等边三角形每边由6根圆管组成,共11m,下层等边三角形由5根圆管组成,共9m。根据力学仿真计算,在满足使用要求的前提下,圆管的直径不应小于25mm,最终在考虑质量及经济性后,选择直径26.8mm的圆管,壁厚为1.8mm。节点之间的连接采用螺栓球连接,每个螺栓球直径为60mm。螺栓球形状如图2所示。根据参数计算,背架单元质量约为580kg。螺栓球与各圆管连接如图3所示。2.1.2面板冲孔方式的改进面板有冲孔板面和网面两种选择,网面面板相对于板面面板有价格低廉、质量轻、抗风、抗暴风雨等优点。但是在实验中发现,单纯使用网面面板,无法在较大的面积上实现铺设平整,因此还是选用冲孔板面面板。从结构的整体性考虑,设计了如图4所示的结构方案,在面板的中间和边缘采用檩条结构,单块面板的边长为1.83m;从易于调节面板精度的角度考虑,设计了如图5所示的结构方案(备选),单块面板边长为0.91。为了设计的需要,在面板上采用板冲孔方式减重。经过实验,在板厚为1mm的铝板上,以3mm为间距,冲直径为5mm的孔,可以达到较好的平整度和减重效果。2.1.3菇头的结构与可调整性为了面板的安装和调节,必须采用一定的装置将其连接起来。采用蘑菇头连接的原因是蘑菇头的结构简单、质量轻、调节容易,可以较准确地得到所需要的球面形状,蘑菇头的结构如图6所示。每个蘑菇头位于平面网面的每两个连接圆管接点螺栓球处及每个连接圆管的中央处。蘑菇头下端为M10螺杆,在螺栓球的对应位置打M10螺孔,在连接圆管的中央位置焊接一个有M10螺孔的支座。蘑菇头板和面板边缘的三角形檩条螺栓连接,立杆与背架可调整连接,每个蘑菇头的可调整范围为±5mm。反射面组装时,首先用经纬仪将所有蘑菇头调整,使蘑菇头板包络成要求的球面,再将网面的支撑檩条分别与各蘑菇头板螺栓连接定铺即可。2.1.4耳板、端板、连接螺管经过研究背架接口的排布,初步设计与驱动器的接口采用如图7所示方式,其中耳板、端板1、端板2、连接螺管是在工厂加工时焊接在一起的,在现场装配时,再将这部分与连接杆通过螺栓连接装配在一起,这样设计的目的是为了便于运输。耳板的位置尺寸和端板1、2的连接方式还需要进一步讨论。2.2力学计算2.2.1计算模型天线背架计算模型如图8所示,其单元数为22823个,节点数为23437个。2.2.2计算结果的计算天线背架的变形分析、应力分析如图9、图10所示,通过计算得到的结论如下。(1)在重力作用下天线背架的最大变形为2.48mm,边缘中点处变形为2.29mm。(2)在重力作用下,天线背架的最大应力为57MPa。2.3全体检查反射面单元所包含的零部件分别进行喷砂喷锌,然后喷底漆,最终面漆颜色为白色。3执行该计划3.1面板结构及力学模型的建立(1)采用标准螺栓球网架结构,整体结构性好,刚度好,运输方便,并且在现场装配时迅速、快捷、准确避免了现场焊接的种种不便。(2)采用三角形面板作为面板的基本单位,结构简单,刚度好,制造和运输方便。(3)用蘑菇头进行面板的调节,结构牢固,精度高。(4)边长11m的等边三角形,面板外廓边界为边长11m三角形。(5)背架形式为空间网架。(6)反射面形式:铝板冲孔网(透孔率约35%)及辗平拉伸网。(7)载荷和力学性能(参考2.2节力学计算)。(8)平均质量值:10kg/m(9)热喷锌20μm→底漆H06-1210H两道→面漆(白)B04-11两道。3.2实际变形验证3.2.1背架位置的测量将反射面单元通过3个支耳支撑起来,测量背架上某一边2个边缘点,以及中间1点的位置。然后将背架翻转,同样支撑3个支耳,测量背架上平面的同样点的位置。分别计算中间1点到2个边缘点构成的直线位置,得到背架在两次情况下的变形量,两次结果相加除2,这样就可以消除背架本身的制造、装配变形,得到背架边缘中点在重力作用下的变形量。3.2.2重力作用下的变形实验1,计算得到中间1点距离2个边缘点构成的直线距离为9.44mm。实验2,计算得到中间1点距离2个边缘点构成的直线距离为-4.51mm(规定点在直线上方为正)。这样可