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  • 三十米中國未來巨型望遠鏡主桁架結構的概念設計

    作者:韓玉 來源:《光電工程》投稿 時間:2023-03-19 20:45 閱讀:631 [投稿]
    針對30米中國未來巨型望遠鏡的主體桁架設計,提出了一種新穎的鈑金組件結構方案。經過有限元分析,初步設計滿足了望遠鏡相關使用要求。

    導讀

    隨著天文學日新月異的發展,人們對天文望遠鏡性能的需求也越來越嚴格。為滿足人們對宇宙空間更好的探索,目前國際上正積極地建設口徑位為20 m-40 m量級的極大口徑光學紅外望遠鏡。但是由于技術的限制,實現更大口徑的望遠鏡并達到對應的光學設計要求仍然面臨著巨大的挑戰。

    中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所胡守偉提出了一種提出了一種新的輕量化鈑金焊接結構的30 m中國未來巨型望遠鏡方案,并在此基礎上進行大量的有限元建模、優化和仿真分析,為我國未來巨型望遠鏡的研制提供了技術參考。

    1.極大望遠鏡主桁架結構介紹

    典型案例

    目前,所有極大望遠鏡如30米望遠鏡(TMT)、歐洲極大望遠鏡(E-ELT)、巨型麥哲倫望遠鏡(GMT)等的解決方案都是基于“搖椅概念(rocking chair concept)”而進行設計的。然而,各極大望遠鏡解決方案的區別主要體現在高度結構的設計上,如圖1所示。

     

    圖1.極大望遠鏡三維設計圖

    TMT最初的主鏡桁架變形量大約為10 mm,在桁架結構的外圍底部增加了一層支撐桿件之后,其主鏡桁架支撐變形量可以控制在5 mm以內。

    E-ELT主鏡桁架支撐采用的鋼架橋結構模式,它是由受彎的上部梁結構與承壓的下部立柱整體結合在一起的結構。E-ELT主桁架支撐結構最大位移為5.92 mm。

    GMT的主鏡是由多塊鏡面組合的,而不是常見的拼接鏡面。其高度結構采用的是輕量化焊接組件支撐方式,這種設計無需考慮頂層節點的對應問題。

    新提出的設計方案

    極大望遠鏡的不同實現方式,最主要的區別在于高度結構的設計上。該文章提出了一種新的高度焊接結構支撐方式,這種設計將非常利于拼接鏡面子鏡室和搖椅架結構的接口連接,如圖2所示。

      

    圖2.30米中國未來巨型望遠鏡主體桁架結構概念設計

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