一种FAST射电望远镜中心区域反射面的制作方法

本实用新型涉及FAST射电望远镜技术领域，特别是指一种FAST射电望远镜中心区域反射面。

背景技术：

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)利用贵州喀斯特地区的洼坑作为望远镜台址，建造世界第一大单口径射电望远镜，为国家大科学工程。全新的设计思路，加之得天独厚的台址优势，使其突破了望远镜的百米工程极限，开创了建造巨型射电望远镜的新模式。

FAST主动反射面基准面是一个口径500m、半径300m的球

面，由主体支承结构、促动器、反射面单元组成。主动变位是FAST反射面的最大特点，通过主动控制主索网在观测方向形成300m口径瞬时抛物面以汇聚电磁波，观测时抛物面随着所观测天体的移动而在500m口径球冠上移动，从而实现跟踪观测。主索网是以短程线格式划分的网格，望远镜边缘的网格为四边形结构，中心区域只有一个大型网格为五边形结构，其余位置全部是三角形结构。中心区域五边形的节点处有刚性连接盘作为内部反射面的结构基础。

FAST射电望远镜中心区域的反射面除了要满足和其他类型反射面同样的强度、精度、抗腐蚀等功能要求外，还有一些特殊的设计特点和使用要求：

网格面积大，达到250平米左右；

网格的初始形状为等边五边形，同时五边形结构使得该网格在主索网调整过程中会产生比其他网格更大的变形；

中心网格上的反射面单元会有经常拆卸和复位的需求。

为满足FAST射电望远镜中心区域反射面的技术要求，因此必须设计一种精度、刚度和强度满足使用要求，同时能够在望远镜使用过程中自适应主索网变形，并且方便拆卸和安装操作的反射面。前期传统的理念和其余类型网格的反射面结构，是一种整体大刚度结构，这种结构适合于三角形网格或索网边缘的四边形网格，而如果应用在中心区域，则会体现出很多不适合的缺点，如精度低，重量大、不方便自适应变形和不能实现快速拆装等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种FAST射电望远镜中心区域反射面，其使得中心区域的反射面可以在保证反射面刚度和精度的前提下自适应主索网的变形，并且适于快速拆装。

为了实现上述目的，本实用新型专利所采用的技术方案如下：

一种FAST射电望远镜中心区域反射面，其包括设于五边形反射区域内的五条钢索，每条钢索连接五边形反射区域的一对相间顶点，所述钢索将五边形反射区域分割为11个子区域，每个子区域内设有一块与该子区域形状相应的反射面板，所述五边形反射区域的每个顶点处各设有一个主索节点盘，所述五边形反射区域内每两根钢索的交叉处各设有一个随动节点盘，所述反射面板设置在对应的节点盘上。

可选的，所述随动节点盘的底部具有交叉设置的第一套管和第二套管，第一套管和第二套管分别套在两根相互交叉的钢索上。

可选的，所述反射面板分为三种类型，其中第一类反射面板覆盖两个主索节点盘和一个随动节点盘，第二类反射面板覆盖一个主索节点盘和两个随动节点盘，第三类反射面板覆盖五个随动节点盘；所述第一类反射面板的两个顶点分别与该反射面板所覆盖的两个主索节点盘以这两个主索节点盘的连线方向为轴进行铰接，第一类反射面板的第三个顶点直接放置在该反射面板所覆盖的随动节点盘上；所述第二类反射面板在一个顶点上与该反射面板所覆盖的主索节点盘以垂直于该反射面板的方向为轴进行铰接，所述第二类反射面板的另一个顶点与该反射面板所覆盖的一个随动节点盘通过关节轴承连接，所述第二类反射面板的第三个顶点直接放置在该反射面板所覆盖的另一个随动节点盘上；所述第三类反射面板在一个顶点上与该反射面板所覆盖的一个随动节点盘以垂直于该反射面板的方向为轴进行铰接，所述第三类反射面板的与铰接顶点相间的一个顶点与该顶点所对应的随动节点盘通过关节轴承连接，所述第三类反射面板的其他顶点直接放置在该反射面板所覆盖的其他随动节点盘上。

可选的，所述第一类反射面板与对应主索节点盘的铰接结构包括设于所述第一类反射面板上的两根第一转轴以及分别设于一个对应主索节点盘上的第一轴孔，所述第一转轴插在所述第一轴孔内；所述第二类反射面板与对应主索节点盘的铰接结构包括设于所述第二类反射面板上的第二转轴以及设于对应主索节点盘上的第二轴孔，所述第二转轴插在所述第二轴孔内；所述第三类反射面板与对应随动节点盘的铰接结构包括设于所述第三类反射面板上的第三转轴以及设于对应随动节点盘上的第三轴孔，所述第三转轴插在所述第三轴孔内。

可选的，还包括用于在主索变形过程中时刻保持所述钢索张紧状态的随动张紧装置。

可选的，每个反射面板的尺寸均小于其所在的子区域的尺寸。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型可依托现场实际条件进行灵活调整和设计，结构合理可行；

2、本实用新型通过将大面积分割组合的方式，有效避免了单块反射面板面积过大的弊端，可以实现单块反射面板的高精度以及拼接后整个区域反射面的高精度；

3、本实用新型有效解决了中心区域反射面整体结构随着主索形状变化而相应随动变化的问题；

4、本实用新型在反射面整体运动过程中，反射面板通过合理的连接方式既能保证合理的位置，又化解了平面阻力，从而使得反射面板不被破坏。

总之，本实用新型反射面将传统思路的一个整体结构拆解成若干部分，使得中心区域的反射面可以在保证反射面刚度和精度的前提下自适应主索网的变形，同时减小了单块的面积和重量，并充分考虑了现场实际条件和操作因素，便于实现快速拆卸和装配。

附图说明

图1是本实用新型实施例中FAST望远镜中心区域的主索位置形变示意图。

图2是本实用新型实施例中FAST望远镜中心区域的钢索分区示意图。

图3是本实用新型实施例中FAST射电望远镜中心区域反射面的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中FAST射电望远镜中心区域反射面去除反射面板后的结构示意；

图5是本实用新型实施例中随动节点盘的结构示意图；

图6是本实用新型实施例中第一类反射面板的约束方式示意图；

图7是本实用新型实施例中第二类反射面板的约束方式示意图；

图8是本实用新型实施例中第三类反射面板的约束方式示意图。

具体实施方式

下面以具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

以下实施例针对于FAST射电望远镜的索网中心情况设计了一种中心区域反射面。在实际情况中，主索所形成的中心五边形网格会随着索网整体运动而在原始位置附近发生轻微的形状变化(如图1所示)，即主索节点的少量的位置变化。

如图3～5所示，一种FAST射电望远镜中心区域反射面，其包括设于五边形反射区域内的五条钢索4，每条钢索4连接五边形反射区域的一对相间顶点，所述钢索4将五边形反射区域分割为11个子区域(见图2，11个子区域分为A、B、C三类)，每个子区域内设有一块与该子区域形状相应的反射面板1、2、3，所述五边形反射区域的每个顶点处(即主索6的相交处)各设有一个主索节点盘7，所述五边形反射区域内每两根钢索4的交叉处各设有一个随动节点盘5，所述反射面板1、2、3设置在对应的节点盘上。

安装时，钢索连接前预先穿入相应的随动连接装置，调整各件位置合适后张紧钢索。在钢索张紧之后，以主索节点盘和随动连接装置的托盘(即随动节点盘)为安装位置，按顺序安装三种类型的面板，钢索需要有随动张紧装置，即需要在钢索随着主索的缓慢运动变形中，钢索应该保持一定数值并稳定的张紧力。

可选的，仍见图5，所述随动节点盘5的底部具有交叉设置的第一套管和第二套管，第一套管和第二套管分别套在两根相互交叉的钢索4上。

可选的，见图3及图6～8，所述反射面板分为三种类型，其中第一类反射面板1覆盖两个主索节点盘和一个随动节点盘，第二类反射面板2覆盖一个主索节点盘和两个随动节点盘，第三类反射面板3覆盖五个随动节点盘；所述第一类反射面板1的两个顶点分别与该反射面板所覆盖的两个主索节点盘以这两个主索节点盘的连线方向为轴进行铰接，第一类反射面板的第三个顶点通过平面滑动结构9直接放置在该反射面板所覆盖的随动节点盘上；所述第二类反射面板在一个顶点上与该反射面板所覆盖的主索节点盘以垂直于该反射面板的方向为轴进行铰接，所述第二类反射面板的另一个顶点与该反射面板所覆盖的一个随动节点盘通过关节轴承11连接，所述第二类反射面板的第三个顶点通过平面滑动结构9直接放置在该反射面板所覆盖的另一个随动节点盘上；所述第三类反射面板在一个顶点上与该反射面板所覆盖的一个随动节点盘以垂直于该反射面板的方向为轴进行铰接，所述第三类反射面板的与铰接顶点相间的一个顶点与该顶点所对应的随动节点盘通过关节轴承13连接，所述第三类反射面板的其他顶点通过平面滑动结构9直接放置在该反射面板所覆盖的其他随动节点盘上。

可选的，如图6～8所示，所述第一类反射面板与对应主索节点盘的铰接结构包括设于所述第一类反射面板上的两根第一转轴8以及分别设于一个对应主索节点盘上的第一轴孔，所述第一转轴插在所述第一轴孔内；所述第二类反射面板与对应主索节点盘的铰接结构包括设于所述第二类反射面板上的第二转轴10以及设于对应主索节点盘上的第二轴孔，所述第二转轴插在所述第二轴孔内；所述第三类反射面板与对应随动节点盘的铰接结构包括设于所述第三类反射面板上的第三转轴12以及设于对应随动节点盘上的第三轴孔，所述第三转轴插在所述第三轴孔内。

具体来说：

第一类反射面板为等腰三角形，面积约25平米，在主索节点盘上为转动铰接方式，在面板顶点处为平面滑动装置。该类型面板在索网运动时长边保持不变，顶端在随动连接装置的托盘平面上小范围自由滑动。第一类反射面板可以围绕转动铰接轴线旋转运动，在中心区域单元需要拆卸时可以翻转到主索外侧，在使用时简单翻转回来即可复位。

第二类反射面板为等腰三角形，面积约15平米，在顶点处设置和面板垂直的转动轴，连接时插入主索节点盘预留的连接孔内。三角形的另两个角端，一个采用关节轴承，一个采用平面滑动装置。该面板的连接方式和望远镜基本型的反射面单元的连接方式接近。该类型面板在索网运动时，顶点位置不变但相对于主索节点盘可以进行旋转运动。一个角端的关节轴承连接方式，会克服在索网变形时随动连接装置和节点盘之间的距离变化造成的对面板的不利影响；另一个角端在随动连接装置的托盘平面上小范围自由滑动。第二类反射面板由于面积小，重量轻，可以手动实现拆卸和复位。

第三类反射面板为正五边形，面积约36平米；一个角端处设置有和面板垂直的转动轴，连接时插入随动节点盘预留的连接孔内。相邻的两个角端在随动连接装置的托盘平面上小范围自由滑动，剩余两个对角角端，一个选用关节轴承连接方式，一个选用平面滑动装置。第三类反射面板在机构正中心，可以依托原有的地面升降小车进行拆卸和复位。

可选的，还包括用于在主索变形过程中时刻保持所述钢索张紧状态的随动张紧装置。

此外，为了避免运动过程各反射面板之间相互干扰，每个反射面板的尺寸均小于其所在的子区域的尺寸。

上述实施例中，钢索的交叉位置为自然搭接，因而随着主索的移动，五角星形状的钢索会随之做相应的移动。由于前者的运动是已知的可控的，所以后者的运动范围是可控的并可以提前计算出来。

在钢索搭接位置，设置随动连接装置。随动连接装置包含两根耐磨铜管以及托盘，三者通过铰接连接起来，可以围绕铰接轴进行相对转动。在钢索搭接位置，钢索分别穿入耐磨铜套，铜套和钢索之间由于材料特性以及润滑的作用，具有较小的摩擦系数。钢索相对运动会引起随动连接装置的相应运动，同时托盘相对于耐磨铜管之间高度可以调节。

随动连接装置的托盘和主索五边形的节点盘一起作为反射面板的结构支撑。A型、B型和C型小区域分别对应不同形状的反射面板。反射面板通过合适的连接方法将角端连接到连接装置的托盘和主索五边形的节点盘上，从而使得每个反射面板在主索运动过程中随着内部钢索结构的变形而相应的改变位置，避免反射面板受力过大造成结构和精度的损伤。

总之，本实用新型并未采用前期传统结构中一个网格对应一个单元的方式，而是通过二次分区将整个区域拆分成若干小的区域，每一个小区域对应一个单元的方式。二次分区的交接点处采取了能够随着索网变形而自适应的连接结构，从而使得小的区域能够随着主索网的变形而相应变化，同时每个单元用合理的连接方式连接到这些索网节点上。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子。凡在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。