|
|
|
Навигация
|
Главная » Мануалы ного анализа [12], в соответствии с которым при решении первой подзадачи вначале задают некоторое распределение площадей стержней Sqj и после расчета па все нагружения, включая экстремальный режим эксплуатации и определепие усилий, подбирают сечепия стержней S. Полученная конструкция является полпостью папряжеппой и близка к оптимальной по критерию минимума массы при обеспечении условий прочности и устойчивости. Однако ее деформативпость никак пе согласуется с требуемым законом деформирования. Поэтому этот результат припимается исходным при решении второй подзадачи - оптимизации конструкций по функциональной эффективности. При ее решении требования удовлетворения копструкции двум условиям (максимальной эффективности и минимальной металлоемкости) сводятся к одному: = min, (1.132) где Vg - объем металла копструкции. Сформулированная задача нелинейного программирования решается с помощью метода локальных вариаций, при котором учитываются только приращения сечепий стержней AS2i, приводящие к уменьшению функции (1.132). Возможности формостабилизации обусловлены наличием двух принципиальных моделей формообразования стабилизированных систем с заданным законом деформирования. Первую модель отличает гомологическое сохранение под нагрузкой (в связанной системе координат) геометрической формы без ограпичепия деформационных перемещений П-узлов по величине, по при вьщерживапии определенных их соотношений. Она получила название гибкой модели. Для второй модели характерно обеспечение такого закона деформирования, при котором (в связанной системе координат) практически исключаются какие-либо деформационные перемещения П-узлов. Эта модель называется жесткой моделью формостабилизации. Рассматривая формообразование каркаса рефлектора, следует отметить, что ПОК в том или ином виде практически всегда применялась для закрепления рефлектора па ОПУ. Для ЗА первого поколения, работающих в диапазоне волн до 5-6 см, этого бьшо достаточно. Однако с расширением рабочего диапазона до 1 см, требующего повышения степени сохранения формы соответственно в 5-6 раз, и развитием идей конструкций с заданным законом деформирования бьшо вьшвлепо место ПОК в общей системе формостабилизации и сформулированы требования к ее работе, что нашло отражение при создании ЗА второго поколения. В принципе, преобразование пепосредствеппо каркаса рефлектора, являющегося звеном со связями типа СФ, в звено со связями типа СП за счет подобного сохранения формы возможно, по практически затруднено тем, что локальные возмущения под действием реактивных сил (в местах закрепления рефлектора па ОПУ, в узлах креплепия к рефлектору конструкций вторичной системы) пе позволяют обеспечить оптимальные граничные условия. Расчленение каркаса рефлектора па две ФГК (ФОК и ПОК) дает возможность разрешить это противоречие. ФОК предписывается в этом случае обеспечение заданного закона деформирования, реализующее гибкую модель, по уже в оптимальных граничных условиях, которые обеспечивает ПОК. ФОК контактирует только с ПОК, выполняющей роль промежуточного звена между ФОК, копструкциями вторичной системы и ОПУ, которое замыкает па себя весь эффект локальных воздействий. Причем соедипепие ФОК и ПОК между собой должно обеспечиваться таким образом, чтобы любое деформирование ПОК приводило лишь к изменению положения ФОК, по без искажения ее формы.  14 3 Рис.1.68. Тииичиое иостроеиие несущего каркаса вращаемьгх зеркал 1 - радиальные фермы; 2 - кольцевые нояса; 3 - связи но верхним поясам; 4 - связи но нижним поясам; 5 - центральный барабан; 6 - диафрагмы Рефлекторам с наиболее раснространенным круговым раскрывом ближе всего нолярно-кольцевое ориентирование несущих элементов каркаса. В связи с этим и ФОК, и ПОК выполняются в виде полярно-симметричных циклических стержневых систем. Причем, как правило, решаются они как единые пространственные конструкции, состоящие из радиальных ферм, кольцевых ферм или кольцевых поясов, а также объединяющих их систем связей по поясам радиальньгх ферм, кольцевых связей и диафрагм (рис. 1.68). Влияние симметричных искажений на эффективность идентично изменению фокусного расстояния, а влияние кососимметричньгх - повороту радиолуча. По-разному происходит и изменение обеих компонент при угломестном вращении рефлектора, что наглядно видно из формул (1.165) и (1.166). Поэтому рекомендуется рассматривать ФОК как совокупность двух групп: а) стержней радиальных ферм (РФ), обеспечивающих при действии кососимметричных сил линейный в радиальном направлении и косинусоидальный в кольцевом направлении закон перемещений П-узлов; б) кольцевьгх элементов (КЭ), обеспечивающих при действии симметричньгх сил квадратичный вдоль радиуса закон перемещений П-узлов. При формообразовании ФОК по гибкой модели гомологическое изменение формы зеркала достигается исключительно за счет оптимизированного выбора топологии и распределения жесткостей по критерию функциональной эффективности. Однако традиционные топологии, используемые в строительньгх конструкциях, не обладают свойством управления (на стадии проектирования) локальной податливостью П-узлов. Из рис. 1.69 а видно, что П-узлы 1-3 имеют существенно различную податливость вследствие неадекватности их связей с опорными узлами 4 ж 5. Преодолеть это техническое противоречие воз-  Рис.1.69. Топологическая схема каркаса: а - с неадекватными связями между П-узлами (1, 2, J)n опорами (4, 5); 6 - адаптироваппого к задаче управлепия податливостью П-узлов можно за счет повышения локальной податливости П-узлов 2 ж 3 в результате примепепия мпого поясных топологий (рис. 1.69 б). Это только путь решения, в каждом отдельном случае в зависимости от диаметра рефлектора Dp, экономичного размера отражательного щита зеркала и т.п. требуется индивидуальный поиск рациональной топологии. Примеры возможных многоярусных топологий показаны па рис. 1.70. Причем количество ярусов т^ в зависимости от относительного раз- мера отражательного щита - Lщ Dp отпосительпой высоты ФОК Н = Н DjJ {Н - высота в центральной части) может бьггь определено по формуле = н{ь„ (1.133) 
Рис. 1.70. Варианты топологии многоярусных радиальных четырехпояспой (а) и трехпояспой (б) ферм каркаса рефлектора с указанием значений Vp, характеризующих влияние измепепия площади сечении ряда стержней фермы па перемещения П-узлов 1, 2 иЗ  0,031 0,063 0,041 12 Op, м Рис.1.71. Зависимость максимально возможного количества ярусов от относительной длины щита На рис.1.71 показан график т„р при Н =0,125, из которого следует, что при размере щита £щ= 1,5 м возможность создания многоярусной РФ появляется только при ), > 20 м. Нри выборе конкретной топологии рекомендуется вариационный метод, базирующийся на теореме Мажида [7] о том, что изменение величины перемещения любого у-го узла конструкции при изменении площади поперечного сечения /-го элемента равно произведению коэффициента изменения /-го элемента Ра,- и отклонения Ау,- узла J под действием пары единичньгх сил, приложенньгх к концам /-го элемента и соосных ему ЭАу,- = р„,-Ау,-, р„,- = -аЖ,-(1 + а,-Жу,-) , (1.134) где а,- - отношение приращения площади Аб*,- к его исходной площади 6*,-; Nj - усилие в /-ом элементе от внешней нагрузки; Жу,- - усилие в /-ом элементе под действием пары единичньгх сил, приложенных по его концам. До Лр = 20-25 м ФОК, как правило, вьшолняется из габаригньгх пространственных секториальньгх блоков (рис. 1.72) заводского изготовления. В этом случае боковые грани каждого блока являются полу-фермами (РФ) и их элементы выполняются, например, из швеллеров или уголков, обращенньгх стенкой к плоскости стыка (рис. 1.73). Чтобы обеспечить замыкание ФОК при сборке все сектора в кольцевом направлении делаются с минусовым допуском, а для компенсации все же возможного накопления положительной ошибки один-два сектора выполняются компенсирующими. Для этого закрепление кольцевьгх и связевьгх элементов реализуется так, например, как показано на рис. 1.74. Нри увеличении диаметра > 25 м помимо пространственных блоков появляются и плоские фермы и элементы, идущие россыпью. Закрепление ФОК на НОК может производиться как по одному кругу опирания (диаметр круга выбирается при оптимизационном расчете, обычно близок -значению 0,41)р), так и по двум или более. НОК объединяет также несколько ФГК. Обьгано (рис. 1.75) их две: так называемый НОК-К (НОК-конус) и НОК-Н (НОК-пирамида). Первая (2) обеспечивает равноподатливость опирания ФОК и, чаще всего, выполняется как конструкция с характерной топологией - стержневой конус. Вторая ФГК (3), выполняющая роль опорной для первой, построена в виде стержневой пирамиды, которая одновременно является своеобразным угломестным валом и, с функциональной точки зрения, относится к ОПУ (4). Связь между ПОК-К и ПОК-П осуществляется только в двух точках : в вершине и центре основания ПОК-К, что сводит до минимума влияние деформаций ПОК-П на работу ПОК-К и соответственно на закон деформирования П-узлов ФОК. Могут быть и другие варианты исполнения обеих групп, например (рис. 1.76), первая ФГК (2) является силовой без каких-либо деформационньгх ограничений, а вторая ФГК (3) образована совокупностью специальньгх пружинных компенсаторов (3), встроенных в каждый узел контакта с ФОК и позволяющих изменять до требуемого значения упругую податливость ПОК в зоне ее контакта с ФОК.     Рис. 1.72. Схема сборки каркасов зеркал до Dp=25 м из пространственных габаритных блоков Рис.1.73. Узел соедипепия граней прострапствеппых секторов каркаса зеркала  Рис. 1.74. Узел примыкания кольцевых и связевых элементов к радиальному поясу (трапп) в компепсирующем секторе каркаса зеркала Вид по А   Рис. 1.75. Вторая модель формообразования ПОК, где требуемая податливость онорньгх точек ФОК обеспечивается выполпепием ПОК в виде копструкции с характерной тонологией (ПОК-конус и ПОК-нирамида): 7 - ФОК; 2 - ПОК-конус; 3 - ПОК-нирамида; 4 - ОПУ Вид по А-А   Рис. 1.76. Первая модель формообразования ПОК, где требуемая податливость опорпьгх точек ФОК обеспечивается введением в каждый опорный узел специальпого жесткостпого компепсатора: 7 - ФОК; 2 - ПОК; 3 - компенсатор; 4 - ОПУ Исследования свойства модели формообразования ПОК с разделением на ПОК-К и ПОК-П показали ее высокую перспективность при соответствующем совершенствовании. Первым таким усовершенствованием является размещение стержневого конуса 2 не вне ФОК с тьшьной ее стороны, как на рис. 1.75, а внутри ФОК (рис. 1.77) вершиной к отражающей поверхности рефлектора с соответствующим преобразованием пирамиды 3 в усеченную, размещаемую также в пределах объема ФОК. Это позволяет, сохранив достоинства модели в части формостабили-зации, расположить угломестную ось вращения в центре тяжести зеркальной системы и тем самым существенно снизить массу ЗА и нагрузки на механизмы. Второе усовершенствование касается собственно ПОК-К. В строгой постановке при размещении ПОК-К внутри ФОК в ее центральной части должно быть организовано свободное пространство, естественно, за счет исключения центральной части ФОК, что резко ухудшит условия ее формостабилизации. Преодолеть это техническое противоречие позволяют два альтернативных усовершенствования ПОК-К. Па рис. 1.78 показаны варианты усовершенствования первого типа, заключающегося в преобразовании одного конуса в систему конусов.  Рис. 1.77. Третья модель формообразования ПОК, где вторая модель усовершенствована расположением угломестпой оси враш;епия в центре тяжести рефлектора: 1 - ФОК; 2 - ПОК-копус; 3 - ПОК-пирамида; 4 - угломестпая ось; 5 -центр тяжести зеркальной системы; 6 -узлы закрепления ФОК па конусе Рис.1.78. Модификация третьей модели, формообразования ПОК в части ПОК-копуса: а - при разпоподатливости цептральпой и периферийных опорных точек ПОК-копуса; 6 - при разпоподатливости всех опорных точек Усовершенствование второго типа (рис. 1.79) состоит в выполнении стержней конуса двойными, охватывающими каждую радиальную ферму ФОК при сохранении контакта только в узлах по периметру осповапия конуса (рис. 1.79 а). Поскольку копус работает хорошо только при определенном соотношении высоты к диаметру осповапия, предложено достроить каждую пару образующих стержней конуса до пары ферм (рис. 1.79б). Па рис. 1.79в показан вариант этой модели, по с двумя кругами опирапия.   Рис.1.79. Модификации третьей модели формообразования ПОК, где осповпые элементы ПОК-копуса выполпепы двойными, охватывающими радиальпыефермы ФОК: а - па основе чистого конуса; б - па основе конуса, достроеппого до усеченной пирамиды, при одном круге опирапия ФОК; в - то же при двух кругах опирапия ФОК Для оценки уровня формостабилизации рефлектора используются два безразмерных параметра: во-первых, описанное выше ОСКИ , характеризующее потенциальные возможности конструктивного решения, и, во-вторьгх, коэффициент формостабилизации =(niinA)o-i, (1.135) в наилучшей мере отражающий достигнутый уровень безотносительно к принятой модели, так как весовой деформационный предел можно рассматривать как некоторую константу, соответствующую конструкции, у которой заданы тип, габариты и материал. Задача проектирования адекватных формостабилизированному рефлектору несущих конструкций вторичной системы состоит в конструктивном обеспечении принципа фокусно-угловой компенсации, согласно которому контррефлектор (в отдельных случаях и облучатель) выводится относительно рефлектора в положение, строго соответствующее как гомологическому изменению отражающей поверхности его зеркала, так и фактическому положению этой поверхности-гомолога в системе координат рефлектора. Достигается это исполнением узла подвески контррефлектора в виде устройства, оснащенного сервоприводами и обеспечивающего выведение контррефлектора в заданное положение с учетом фактических деформаций опоры и перемещений узлов ее закрепления на каркасе рефлектора. Опора контррефлектора, как правило, представляет собой жесткую четырехногую раму, центральный узел которой располагается вблизи фокуса зеркала рефлектора и к которому с помощью указанного выше узла подвешивается контррефлектор (рис. 1.80). Сечения и положение ног опоры оптимизируется по минимуму рассеяния ими части мощности радиолуча [12, §2.5]. Закрепляется опора на ПОК-П. Па рис.1.81 показаны примеры решения узла подвески.  Рис.1.80. Варианты реализации комненсационной иодвески контррефлектора: а - 34-метровый радиотелескон в Вертхофене; 6 - радиотелескон Раистинг-1; в - радиотеле-скон РТ-64; 1 - контррефлектор; 2 - комненсационная подвеска контррефлектора В том случае, когда необходимо отрабатывать не только весовые деформации, но и ветровые, и температурные, используется система эксплуатационного контроля деформаций (СЭКД), принцип построения которой применительно к зеркальной системе показан на рис. 1.82. Помимо создания формостабилизированного каркаса рефлектора, сохраняющего под нагрузкой начальную форму с высокой точностью, при проектировании и строительстве зеркальньгх систем приходится решать и такую проблему, как изготовление отражательньгх щитов зеркала рефлектора с точностью поверхности (СКИ) от 0,25 до 0,02 мм, и проблему установки отражательных щитов на П-узлах ФОК для образования зеркала рефлектора с точностью (СКИ) от 0,2 до 0,02 мм. При этом собственные искажения формы щита под совокупным действием весовьгх, ветровьгх и температурньгх нагрузок также не должны превышать (СКИ) 0,1-0,01 мм.  Рис. 1.81. Модель формообразования КОП нового типа: а - общий вид; 6 - работа КОП при осевом смещепии коптррефлектора; - работа КОП при повороте коптррефлектора отпосительпо угломестпой оси; г - работа КОП при смещепии коптррефлектора поперек фокальной оси; 1,2 - стержневые пирамиды; 3 -центральный узел опоры коптррефлектора; 4 - коптррефлектор; 5 - щарпир; 6 - распорка; 7 - винтовой механизм; - привод осевого перемещения; 9 -щарпирпая опора; 10 - направляющая; 11 - привод поперечного перемещения  Рис.1.82. Модель комбипироваппой системы фокусной и угловой компепсации: а - расположение датчиков перемещений; б - блок-схема системы; 1 - датчик перемещений азимутальной оси; 2 - датчик перемещений угломестпой оси; 3 - датчик перемещений; 4 -репер па зеркале; 5 - блок контроля деформаций; 6 - устройства поправок и управления положением коптррефлектора и облучателя; 7 - следящий привод облучателя; 8 - следящий привод коптррефлектора; 9 - следящий привод угломестпого и азимутального вращения; 10 - фокальная (электрическая) ось; 11 - угломестпая ось; 12 - азимутальная ось  Рис.1.83. Жесткий ирофилироваииый отражательный щит, применяющийся в американских радиотелескопах и реализующий модель формообразования щита папряжеппо деформируемым методом с доведением материала конструкции щита до пластики Сквозную отражающую поверхность применяют, когда > 10 *, при работе на длинах волн на порядок больше размера ячеек. Изготавливается она из сеток или перфорированных листов. Для образования сетчатых поверхностей при диапазоне волн А, > 20 см требуется специальный формирующий каркас. Перфорированные листы проще в образовании поверхности, но также требуют формирующего каркаса. Для перфорированньгх поверхностей Х> 10 см, однако при этом наветренная площадь существенно больше, чем у сетчатьгх. Сплошная отражающая поверхность обеспечивает работу на всех длинах волн, вплоть до миллиметрового диапазона. Существуют два направления формообразования отражательных щитов со сплошной отражающей поверхностью: а) напряженно-деформируемое и б) ненапряженное. При первом необходимая форма поверхности, представляющая собой высечку из поверхности двоякой кривизны, достигается соответствующим принудительным деформированием заготовки. Это деформирование может производиться как в пластической стадии работы материала, так и в упругой стадии. Наибольшее распространение получили жесткие щиты, поверхность которых выполнена из штампованного на оправке листа, подкрепленного с тьшьной стороны системой ребер (рис. 1.83). Точность таких щитов (СКИ): освоенная - 0,50 мм, предельная - 0,15 мм. Более высокая точность изготовления достигается изменением конструктивно-технологической основы формообразования щита переходом на ненапряженные методы формообразования. Первым вариантом такого решения является выполнение жестких щитов литыми, с последующей механической обработкой отражающей поверхности. Предельная точность (СКИ) 0,01 мм. Вторым вариантом такого формообразования является создание щитов многослойно-композитного типа, у которьгх отражающая поверхность формируется в виде металлического слоя на сплошной матрице с последующим образованием на его тьшьной стороне фиксирующего и несущего слоя. Наибольшее распространение получили щиты этого типа с сотовым несущим слоем (рис. 1.84). Окончательно собранный и склеенный щит равномерно нагружается и вьщерживается под давлением при заданной температуре (около 150°С) до отверждения клея. Последнее время стали применять и другую реализацию этого типа, у которой отражающий металлический слой образуется электроформированием, например, гальванопластическим осаждением. Силовой слой образуется у него из армированного металлическим каркасом жесткого пенополиуретана (рис. 1.85). Достигнутая точность (СКИ) - 0,05 мм. Рис.1.84. Модель формообразования отражательного щита много-слойно-комнозитного тина с фиксацией профиля металлического листа па сплошной матрице и нанолнителем сотового тина: 1 - матрица; 2 - металлический отражающий лист; 3 - сотовый нанолнитель; 4 - клеевая пленка; 5 - натяжное приспособлепие  1 ... 5 6 7 8 9 10 11 ... 53 |
||||||||||||
 |
 |