一种大型天线背架温度测量与实时评估系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种大型天线背架温度测量与实时评估系统及方法，涉及空间桁架结构温度测量技术领域，能够实现对大型天线背架日照非均匀温度场的实时评估，快速获取背架整体结构温度场，提高获取大型天线背架温度场的效率和评估精度；该方法基于背架少量温度测点数据，应用权重插值法计算背架非温度测点的温度值，再结合有限元热分析，将背架温度测点的测量数据以及非温度测点插值数据作为热分析边界条件，直接进行有限元稳态热分析，获得背架整体结构温度场。本发明专利技术提供的技术方案适用于大型天线背架温度测量和评估的过程中。天线背架温度测量和评估的过程中。天线背架温度测量和评估的过程中。

【技术实现步骤摘要】
一种大型天线背架温度测量与实时评估系统及方法


[0001]本专利技术涉及空间桁架结构温度测量
，尤其涉及一种大型天线背架温度测量与实时评估系统及方法。

技术介绍

[0002]大型天线反射体主要由主反射面和背架组成，主反射面以背架为支撑，通过螺栓连接固定安装在背架上。主反射面由若干实体面板单元拼接而成，针对天线不同位姿以及日照环境，主反射面温度场会呈现不同规律的非均匀分布；背架主体为空间桁架结构，受太阳直接辐射、环境热对流、自身结构热传导、主反射面阴影遮挡以及主反射面与地面长波辐射等因素影响，其结构温度场分布更加复杂。
[0003]目前获取大型天线背架温度场的常用方法有两种：一种是通过大量的温度传感器直接对背架进行温度测量，该方法的优点是测量数据真实，具有实时性；缺点是需要布置大量温度传感器，成本较高，“一杆一测”更不现实。另一种是结合传热学理论与有限元方法进行计算，在一个热环境变化周期内，对不同时刻背架温度场分布情况进行关联分析，该方法的优点是没有繁杂的实验，简单经济，通过软件就能实现；缺点是计算量大，比较耗时，热边界复杂，理论计算时需进行简化，评估精度不高。
[0004]因此，有必要研究一种大型天线背架温度测量与实时评估系统及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种大型天线背架温度测量与实时评估系统及方法，能够实现对大型天线背架日照非均匀温度场的实时评估，快速获取背架整体结构温度场，提高获取大型天线背架温度场的效率和评估精度。
[0006]一方面，本专利技术提供一种大型天线背架温度测量与实时评估方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：
[0007]S1、确定天线背架上温度测点的数量和位置；
[0008]S2、根据温度测点的数量和位置，在背架上安装温度传感器，实时采集各温度测点的温度值；
[0009]S3、根据采集的温度值，采用权重插值法计算背架非温度测点的温度值；
[0010]S4、将采集的温度值和计算出的温度值作为有限元分析边界条件，求解出背架整体结构的温度场数据以及温度梯度、温度分布云图。
[0011]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1具体步骤包括：
[0012]S11、建立天线背架的有限元热分析模型；
[0013]S12、在模型背架的抛物面进行几何划分，以各几何图形的交点作为温度测点；
[0014]S13、根据温度测点密度对插值精度的影响以及背架各环梁的热敏度，对温度测点
的数量和分布进行优化，得到最终的温度测点数量和位置。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S12的内容具体包括：将背架的抛物面划分为若干大小相等三角形曲面，以各三角形曲面的顶点作为温度测点。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，针对直径70米的天线，最终的温度测点数量为2*40个。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，针对直径70米的天线，温度测点位置优化的内容包括：将最内环和最外环的温度测点沿径向分别移动到次内环和次外环。
[0018]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，针对直径70米、且具有14个上弦环梁以及10个下弦环梁的天线背架，最终温度测点的分布以及数量为：上弦环梁第二环、第四环、第八环、第十三环以及下弦环梁第二环、第四环、第六环、第九环设有温度测点，且上弦环梁温度测点的数量依次为4个、8个、12个、16个，下弦环梁温度测点的数量依次为4个、8个、12个、16个。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3的具体内容包括：背架次内环至次外环的非温度测点采用3点权重插值法进行计算，背架最内环至次内环和最外环至次外环的非温度测点采用2点权重插值法进行计算。
[0020]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，3点权重插值法具体为：点A、B、C为背架上某3个相邻温度测点，其温度值分别记为T
a
、T
b
、T
c
；点P为ABC曲面内的1个非温度测点；点P沿抛物面到点A、B、C之间的最短曲线弧长分别记为1/s
a
、1/s
b
、1/s
c
，将各曲线的弧长倒数s
a
、s
b
、s
c
作为P点在A、B、C各点的温度插值权重，根据3点权重插值公式求出背架非温度测点P的温度值T
b
；3点权重插值公式为：
[0021][0022]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，2点权重插值法具体为：点A、B为背架上的2个相邻温度测点，其温度值分别记为T
a
、T
b
；点P为背架上的非温度测点；点P沿抛物面到点A、B之间的最短曲线弧长分别记为1/s
a
、1/s
b
，将各曲线的弧长倒数s
a
、s
b
作为P点在A、B两点的温度插值权重，根据2点权重插值公式求出背架非温度测点P的温度值T
P
；2点权重插值公式为：
[0023][0024]另一方面，本专利技术提供一种大型天线背架温度测量与实时评估系统，其特征在于，所述系统包括：
[0025]温度测点优化模块，对天线背架进行建模并对抛物面进行几何划分，根据温度测点密度对插值精度的影响以及背架各环梁的热敏度，对温度测点的数量和分布进行优化，得到最终的温度测点数量和位置；
[0026]温度测量与插值模块，用于采集实际天线背架温度测点的实时温度，并根据采集的实时温度，采用权重插值法计算背架非温度测点的温度值；
[0027]有限元计算模块，用于进行有限元热分析，求解出背架整体结构的温度场数据以及温度梯度、温度分布云图。
[0028]与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：本专利技术将实验测量与有限元方法结合，基于背架少量温度测点数据，应用权重插值计算背架非温度测点的温度值，再结合有限元分析，将背架温度测点测量数据以及非温度测点插值数据作为热分析边界条件，直接进行有限元稳态热分析，快速获取背架整体结构温度场，以提高获取大型天线背架温度场的效率和评估精度。
[0029]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0031]图1是本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型天线背架温度测量与实时评估方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：S1、确定天线背架上温度测点的数量和位置；S2、根据温度测点的数量和位置，在背架上安装温度传感器，实时采集各温度测点的温度值；S3、根据采集的温度值，采用权重插值法计算背架非温度测点的温度值；S4、将采集的温度值和计算出的温度值作为有限元分析边界条件，求解出背架整体结构的温度场数据。2.根据权利要求1所述的大型天线背架温度测量与实时评估方法，其特征在于，步骤S1具体步骤包括：S11、建立天线背架的有限元热分析模型；S12、在模型背架的抛物面进行几何划分，以各几何图形的交点作为温度测点；S13、根据温度测点密度对插值精度的影响以及背架各环梁的热敏度，对温度测点的数量和分布进行优化，得到最终的温度测点数量和位置。3.根据权利要求2所述的大型天线背架温度测量与实时评估方法，其特征在于，步骤S12的内容具体包括：将背架的抛物面划分为若干大小相等三角形曲面，以各三角形曲面的顶点作为温度测点。4.根据权利要求2所述的大型天线背架温度测量与实时评估方法，其特征在于，针对直径70米的天线，最终的温度测点数量为2*40个。5.根据权利要求4所述的大型天线背架温度测量与实时评估方法，其特征在于，针对直径70米的天线，温度测点位置优化的内容包括：将最内环和最外环的温度测点沿径向分别移动到次内环和次外环。6.根据权利要求5所述的大型天线背架温度测量与实时评估方法，其特征在于，针对直径70米、且具有14个上弦环梁以及10个下弦环梁的天线背架，最终温度测点的分布以及数量为：上弦环梁第二环、第四环、第八环、第十三环以及下弦环梁第二环、第四环、第六环、第九环设有温度测点，且上弦环梁温度测点的数量依次为4个、8个、12个、16个，下弦环梁温度测点的数量依次为4个、8个、12个、16个。7.根据权利要求1所述的大型天线背架温度测量与实时评估方法，其特征在于，步骤S3的具体内容包括：背架次内环至次外环的非温度测点采用3点权重插值法进行计算，背架最内环至次内环和最外环至次外环的非温度测点采用2点权重插值法进行计...

【专利技术属性】
技术研发人员：王启明，魏善祥，孔德庆，赵保庆，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：