Ольского С Г, Бондарєв А В, Мозгов А П, Гіммельман В Г ВАТ «Конструкторське бюро спеціального машинобудування» Лісовий пр, д 64, м Санкт-Петербург, 194100, Росія тел: +7 (812) 2929269, e-mail: byro@maHwplusnet

Анотація – У доповіді розглянуто питання про відхилення деформованої поверхні основного дзеркала створюваного 70-метрового радіотелескопу РТ-70 від аппроксимирующего параболоїда і можливості зменшення цих відхилень підстроюванням щитів 03 актуаторами Проведено розрахунок середньоквадратичного відхилення (СКО) підлаштований поверхні і зроблено висновок про можливість поліпшення таким способом якості відбиває поверхні 03 для можливості роботи РТ-70 в міліметровому діапазоні довжин хвиль

I                                         Введення

КБСМ – один з основних розробників в країні антеною техніки різного призначення, що забезпечила успішне виконання вітчизняних та міжнародних космічних програм За розробками КБСМ виготовлено два найбільших в країні (одні з найбільших у світі) радіотелескопу з дзеркалом діаметром 70 метрів (СМ-214 АУ)

Радіотелескопи з діаметром дзеркала 70 м були введені в дію в 1978 р (Крим) і в 1985 р (Далекий Схід) Одночасно з будівництвом радіотелескопів СМ-214 АУ в інтересах академії наук були розпочаті опрацювання з дослідження можливості створення 70-метрового радіотелескопу, що працює в міліметровому діапазоні радіохвиль, для радіоастрономічних досліджень

Створення такого інструменту вимагає істотного, на порядок, підвищення більшості точностних характеристик радіотелескопа Дзеркальна система проектувалася за принципом гомологічних деформацій Оскільки абсолютно точно реалізувати принцип гомологічних деформацій не вдається, то виникають насправді откпоненія деформованого дзеркала від оптимально вписаного параболоїда залишаються основною причиною зниження ефективності радіотелескопу У звязку з цим виникає необхідність уточнення гомології 03 та зменшення откпоненій від аппроксимирующего параболоїда, викликана насамперед у звязку з можливістю поширити принцип гомології на випадкові вітрові і температурні деформації, т к в РТ-70 висока точність поверхні 03 при впливі вітру і сонячного випромінювання підтримується переміщенням як елементів вторинної ЗС, так і щитів обшивки ЗС (фасет), а також тим, що з переходом в міліметровий діапазон виявилося необхідним оцінити вплив на гомологию ЗС відступів від кругової симетрії

II Гомология при вагових, вітрових і температурних деформаціях і їх компенсація

в СМ-214 АУ відступу від гомології 03 ділилися на дві складові, одна з яких поширювалася вздовж кільцевих поясів, а друга уздовж твірної, конструкція дзеркала наводилася до осесимметричной Однак схема конструкції каркаса не є осесимметричной У звязку з цим був перебудований розрахунок гомології 03 Переміщення вузлів фермового каркаса розкладаються на симетричну й кососімметрічную складові При цьому кососімметрічная складова переміщень розглядається відносно площини симетрії, що проходить через угломестная і фокальную осі антени

У таблиці 1 наведені результати розрахунку откпоненій від гомології від вагових деформацій, в тому числі ОДП ” – Відхилення для осесиметричних деформацій ОДП – откпоненія для кососімметрічних деформацій ОДП – СКО поверхні 03 від аппроксимирующего параболоїда

Табл 1 Откпоненія від гомології від вагових деформацій при положенні антени «В горизонт» – β = 0 ° Table 1 Deviations from homology of weight deformations when an antenna is positioned horizontally

-β=0°

Властивість гомології 03 прийнято відносити до вагових деформацій, що змінюються закономірно залежно від кута місця антени На відміну від вагових вітрові і температурні деформації носять випадковий характер, компенсувати їх значно складніше, т к поле деформацій змінюється не тільки за величиною, а й за формою

Якщо поле вагових деформацій може бути розкладено на суму двох складових: деформацій у зенітному положенні і положенні, коли 03 направлено до горизонт, то для вітрових деформацій це властивість справедливо тільки для окремих кутів атаки дзеркала Поле вітрових деформацій будемо вважати відповідає вимогам гомології, якщо зро-формована поверхню 03 з достатньою точністю може бути апроксимована параболічної поверхнею Розрахунок проводився для двох кутів атаки вітру при середній швидкості вітру V = 10 м / с без урахування поривчастої (Кд = 1)

Результати розрахунку наведені в таблиці 2

Табл 2 Відхилення від гомології від вітрових

деформацій

Table 2 Deviations from homology of deformations

caused by winds

Результати розрахунку показують високі гомологические властивості 03 по відношенню до вітровому впливу Однак реалізувати ці властивості в РТ-70 можна тільки в тому випадку, якщо вітрові деформації будуть виміряні і з високою точністю скомпенсовані приводами переміщення вторинних елементів дзеркальної системи

Для температурних деформацій розглянуті два випадки: осесиметричних сонячний нагрів (β = 90 °) і односторонній сонячний нагрів (β = 0 °)

Результати розрахунку наведені в таблиці 3

Табл 3 Откпоненія від гомології від температурних деформацій

Table 3 Deviations from homology of deformations

caused by temperature

При роботі РТ-70в міліметровому діапазоні довжин хвиль потрібно істотно менше значення СКО поверхні 03 Для роботи на довжині хвилі λ = 1,2 мм потрібно забезпечити значення СКО <0,075 мм. У дзеркальній системі СМ-214 АУ фасети кріпляться до ферменную каркасу шпильковим вузлом, в РТ-70 вони будуть замінені актуаторами, які будуть переміщати фасети 03 для компенсації відхилень від аппроксимирующего параболоїда. Хід актуаторов заданий ± 5 мм від вихідного положення. У програмному комплексі ANSYS 9.0 ВАТ «КБСМ» побудована повномасштабна конечноелементная модель ЗС РТ-70.

Виконано розрахунок СКО поверхні 03, за умови що фасети зовнішнього пояса Щ1 переміщені актуаторами на максимальне значення їх ходу (5 мм) При цьому вихідне рівняння параболи змінюється, і відповідно з цим рівнянням переміщуються кути всіх фасет Поверхня фасет залишається колишньою – висічкою з вихідного параболоїда СКО поверхні фасет змінюється в діапазоні від 0,045 мм (для зовнішніх Щ1) до 0,023 мм (для внутрішніх Щ14) СКО всій поверхні 0,034 мм при максимальному відхиленні 0,0715 мм На більш докладної моделі фасети зовнішнього пояса Щ1 отримані уточнені результати: СКО становить 0,038 мм при максимальному відхиленні 0,058 мм

Виготовлені в кінці 80-х років фасети являють собою квазіпараболіческіе поверхні Для визначення необхідності доведення поверхні фасет до параболічної необхідно визначити СКО відбиває поверхні реалізованої існуючими фасетами від рівняння вихідного параболоїда

III                                   Висновок

За результатами проведених розрахунків можна зробити висновок про те, що відхилення сдеформіро-ванного дзеркала від аппроксимирующего параболоїда можна з достатньою точністю компенсувати підстроюванням поверхні 03 за допомогою актуаторов для роботи на довжинах хвиль 1-2 мм

IV                            Список літератури

[1] Науково-технічний звіт про НДР «Дослідження і розробка конструктивних заходів поліпшення точностних характеристик радіотелескопа РТ-70», 1985

COMPENSATION OF DEVIATIONS FROM HOMOLOGY OF RT-70 RADIO TELESCOPE MAIN MIRROR

S G Olskaya, A V Bondarev,

A                     P Mozgov, V G Gimmelman JSC «Special Mechanical Engineering Design Office»

64, Lesnoy Ave, St Petersburg, 194100, Russia Ph: +7(812) 2929269 E-maii: byro@mailwplusnet

I                                         Introduction

RT-70 mirror system was designed according to a principle of homological deformations One cannot implement the principle of homological deformations absolutely accurately Deviations ofthe deformed mirror from the optimal inscribed paraboloid arising in reality remain the main cause of the radio telescope efficiency reduction In connection with this, necessities of specifying the main mirror homology and decreasing deviations from the approximating paraboloid arise

II                Homology Underweight, Wnd and Temperature Deformations and Their Compensation

Initial data for calculation is movements of joints ofthe truss frame from weight loads when shifting the antenna from the position “To the zenith – β = 90°” to the position “To the horizon – β = 0°” As distinct from weight loads, wind and temperature deformations have random nature it is much more complicated to compensate them, for the field of deformations changes not only by value, but by form too

The calculation was made for two angles of wind attack under average wind velocity of V = 10 m / s not taking into account gustiness (кд = 1) The calculation results show high homological properties ofthe main mirror in respect to wind influence

Two cases have been considered for temperature deformations: axially symmetric solar heating (β = 90°) and one-sided solar heating (β = 0°) Temperature deformations have smooth nature, and the rms deviation ofthe deformed surface from the approximating one does not exceeds 021 mm

When the PT-70 working in the millimeter waveband, it is required sufficiently lesser value of the rms deviation of the main mirror surface For operation at the wavelength of λ = 12 mm, it is required to provide for the rms deviation value of < 0075 mm The facet securing at RT-70 will be implemented through actuators, which will move the main mirror facets to compensate deviations from the approximating paraboloid

The JSC «KBSM» has built a full-scale finite-element model ofthe ZS RT-70 using ANSYS 90 software

The calculation of the rms deviation of the main mirror surface has been conducted on the condition that the facets ofthe end belt Щ1 are moved by actuators at the maximum value of their stroke (5 mm) Initial formula ofthe parabola changes and, in accordance with this formula, angles of all facets are moved The surface of the facets remains the same a cutout of the initial paraboloid The rms deviation of the facet surface changes within the range from 0045 mm (for external Щ1) to 0023 mm (for internal Щ14) The rms deviation ofthe whole surface is 0034 mm under maximum deviation it is 00715 mm

III                                       Conclusion

According to the results of the conducted calculations, one can conclude that deviations of the deformed mirror from the approximating paraboloid can be compensated with sufficient accuracy by adjusting the main mirror surface through actuators for operation at wavelengths of 1 -2 mm

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р