一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜制造技术

本发明专利技术公开了一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜，属于天线技术领域。该射电望远镜包括反射体、承载反射体的座架，以及索驱动装置等主要部分，还包括稳索机构，精度控制机构，俯仰限位装置等附属结构。相对于传统结构，该射电望远镜通过单向索驱动的方式实现了反射体大范围的俯仰运动，从而有效降低了整体结构的高度和重量。本发明专利技术具有结构紧凑、可靠性高、成本较低、便于维护等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜
本专利技术涉及到天线
，特别涉及一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜。
技术介绍
随着社会的不断进步和科技能力的长足发展，人类已不满足于已有的探索，而把目光投向了更加遥远广袤的太空。以观测未知天体，研究宇宙起源，探寻地外生命等为重要研究目的的射电天文学愈发显得重要，获得了科学家们更大的重视。现在射电天文学已步入了高灵敏度、大样本时代，这就需要更灵敏更强大的精密天文观测设备以探测更暗弱的天体。这种精密的射电天文观测设备就是射电望远镜。从二战时期开始，世界各主要发达国家陆续建设了一些大型的射电望远镜。比如英国76米的洛弗尔天线，德国波恩100米口径的艾菲尔斯伯格天线，美国西弗吉尼亚州100×110米椭圆口径的绿地天线，美国阿雷西博305米固定式射电望远镜等。而近年来，随着我们自身科技及经济实力的长足发展，我国也逐渐加大了对天文研究的投入，陆续建设了一些世界一流的大型射电望远镜。这主要包括北京建成的50米天线，上海建成的65米天马望远镜，佳木斯建成的66米深空探测天线，贵州建成的500米口径球面射电望远镜，天津建设中的70口径天线，云南刚启动建设的120米天线，等等。以上所列大型射电望远镜当中，我国于2016年在贵州省平塘县克度镇大窝凼洼地建成的全球最大的500米口径球面射电望远镜(FAST)，在近几年取得了举世瞩目的影响和观测成果。FAST望远镜和原世界最大的美国阿雷西博305米射电望远镜都属于没有可动座架的形式。FAST望远镜在观测时通过反射面的主动变形聚焦，可以形成口径达300米的瞬时抛物面形状的有效反射面。阿雷西博采取了固定反射面移动馈源的方式，其观测天区范围比较狭窄，精度也低；而FAST的优点不言而喻，其无可匹敌的巨大口径由于采取了主动变形匹配对焦的技术，使其成为了世界上最灵敏的射电望远镜，并已产生了大量的观测成果。美中不足的是，虽然FAST可变形表面在一定程度上具有指向性，但由于结构的限制，指向顶点被限制在大于40°的天顶范围，这就造成了FAST的观测盲区还是很大的。另外，FAST望远镜也得益于当地独特的地形地貌，故而其建设经验也不能被广泛的推广。所以，FAST及阿雷西博这种无座架形式的望远镜结构具有很大的局限性和特殊性。纵观现今世界范围内的各大射电望远镜，通过对比分析可以发现，全可动形式的射电望远镜天线依然是射电天文观测领域的研究主流及主要观测力量。全可动射电望远镜天线，顾名思义是反射体可以全向转动，这主要是通过望远镜天线的座架来实现的。座架是望远镜反射体的支撑和定向装置，在伺服系统控制下，引导反射体准确的捕获和跟踪目标，其机械性能直接影响望远镜的灵敏度和观测。传统的座架一般为方位-俯仰(A-E)型结构，A轴为铅垂状态，E轴位于A轴上方，呈水平状态。通过两轴的配合转动，扫描范围大大增加，天线波束可以指向整个空域。通过纵观对比以上各全可动射电望远镜天线，可以发现，无一例外的，其俯仰运动都是通过在运动部位的反射体的下方中间位置设置巨大的扇形齿轮来实现的。我们把这种俯仰运动的驱动形式称为“扇齿驱动俯仰运动”。扇齿驱动俯仰运动的形式虽然传统有效，广泛沿用在世界很多大型超大型射电望远镜天线中，然而随着望远镜天线口径的越来越大，可以很明显分析得出，扇齿驱动俯仰运动的形式也有一些明显的缺点和不足：1、扇齿驱动俯仰运动形式会提高结构总体高度。扇齿的中心回转轴线和望远镜天线反射体的俯仰运动中心轴线重合，而大口径的反射体势必需要相对应的大直径的扇齿轮，大直径扇齿轮固定在反射体的下方，必然会大大增加了反射体整体的高度，而反射体高度的增加也必然会导致座架高度的增加。2、扇齿驱动俯仰运动形式会增大结构中运动部分的重量。大直径的扇齿轮由于保型的需要势必需要一个巨大的高强度高刚度的支架结构。这使得在大口径的望远镜天线中扇齿轮部件的整体重量会很大，而这部分重量都会增加到望远镜中作为运动部分的反射体重量当中。3、扇齿驱动俯仰运动形式可靠性低。通过上述1和2可知，具有巨大体积和重量的反射体只是通过扇齿轮的力量来实现运动，在这种情况下，不可避免的会存在如下风险：反射体部分主要被三点支撑，三点分别为俯仰轴端的两点和扇齿轮驱动的一点。三点的分布在一个垂直面内。可想而知，有着巨大体积和重量的可运动部分主要由这样一个垂直平面内三点在支撑受力，从安全性来说并不是理想状态。运动中的反射体会产生很大的转动惯量，以及很大的振动冲击。由于扇齿轮的驱动是一种刚性形式，所以这些不良运动的能量只能传递到齿轮的啮合面，反射体的俯仰轴，以及结构内部吸收消化，会给内部结构带来风险。另外，由于扇齿轮长期承受着很大的力量，尤其在啮合齿面上会产生很大的交变压应力，长此以往，扇齿轮很容易出现磨损、崩齿、失效等故障风险。4、扇齿驱动俯仰运动形式实现成本高，设计制造安装难度大。扇齿轮传动是一种精密传动形式，要求主动驱动齿轮和扇齿轮之间有着很准确很稳定的相对位置关系。尺寸巨大重量巨大的扇齿轮本身就存在很大的设计制造难度，而齿轮配合安装，齿隙的调整等更具有难度。而这些设计制造安装势必会引起成本的大量增加。5、传统结构形式不利于俯仰运动部件的维修保养和更换。众所周知，长期运动部件是一定会面临维修保养和更换的情况的。但是由于传统结构尺寸庞大，运动部分的扇齿轮及电机减速机等相关机构都在数十米的高空，空间遮挡严重，操作不便；扇齿轮及支撑机构体积和重量巨大，固定连接在反射体的下方，作为运动部分的反射体的一部分。而扇齿轮机构的拆卸和受力的变化会明显改变原结构的结构和受力平衡；扇齿驱动机构本身也是运动的制动机构，扇齿机构停用的时候很难有其他手段平衡和运动反射体。这就使得扇齿轮的维修和更换操作十分困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜。其具有结构紧凑、可靠性高、成本较低、便于维护等特点。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜，包括反射体以及承载反射体的座架；所述座架上设有俯仰轴，俯仰轴通过轴座连接在座架上并与地面平行；还包括索以及用来拉动索的索动力装置；所述索动力装置位于天线座架底部的一侧，所述索的一端连接反射体，另一端连接在索动力装置上；所述反射体的重心偏离座架的中心，并位于索的对侧。进一步的，还包括方位转动结构。进一步的，所述方位转动结构包括地基，在地基上设有环形钢轨；所述座架底部设有在环形钢轨上运动的滚轮，所述滚轮带动座架在环形钢轨做圆周运动。进一步的，还包括用以稳定索的稳索结构，所述稳索结构包括稳绳、滑轮和拉力传感器；所述稳绳一端通过滑轮与索连接，另一端穿过拉力传感器并固定在座架上。进一步的，还包括俯仰精度控制结构，所述俯仰精度控制结构包括啮合齿轮和小扇齿轮，所述小扇齿轮安装于反射体底部且与俯仰轴同轴，啮合齿轮安装在座架上，两者相互啮合；所述座架上还设有用于驱动啮合齿轮转动的阻尼电机。进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜，包括反射体以及承载反射体的座架；所述座架上设有俯仰轴；其特征在于，还包括索以及用来拉动索的索动力装置；所述索动力装置位于天线座架底部的一侧，所述索的一端连接反射体，另一端连接在索动力装置上；所述反射体的重心偏离座架的中心，并位于索的对侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜，包括反射体以及承载反射体的座架；所述座架上设有俯仰轴；其特征在于，还包括索以及用来拉动索的索动力装置；所述索动力装置位于天线座架底部的一侧，所述索的一端连接反射体，另一端连接在索动力装置上；所述反射体的重心偏离座架的中心，并位于索的对侧。


2.根据权利要求1所述的一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜，其特征在于，还包括方位转动结构。


3.根据权利要求2所述的一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜，其特征在于，所述方位转动结构包括地基，在地基上设有环形钢轨；所述座架底部设有在环形钢轨上运动的滚轮，所述滚轮带动座架在环形钢轨做圆周运动。


4.根据权利要求1所述的一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜，其特征在于，还包括用以稳定索的稳索结构，所述稳索结构包括稳绳、滑轮和拉力传感器；所述稳绳一端通过滑轮与索连接，另一端穿过拉力传感器固定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹江涛，赵东贺，杜银瑜，孙哲，刘亚昆，董长胜，李增科，梁谦，高扬，王晓骁，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13