[发明专利]大型射电望远镜天线面板脉动风压快速测算方法

权利要求书

1.一种大型射电望远镜天线面板脉动风压快速测算方法，其特征在于，包括：

步骤S1，确定射电望远镜的地理位置，并在有限元分析软件中构建射电望远镜天线有限元模型；

步骤S2，根据所述射电望远镜的地理位置，测出天线地理参数，根据所述射电望远镜天线有限元模型，确定天线反射面节点信息以及天线反射面单元信息；

步骤S3，根据所述天线地理参数以及所述天线反射面节点信息，计算天线反射面上不同节点的高度；

步骤S4，根据所述天线地理参数以及所述天线反射面上不同节点的高度，计算天线反射面上任意节点的脉动风速样本；

步骤S5，根据实际环境中的天线姿态以及风向，测出风向角；

步骤S6，根据步骤S4计算出的脉动风速样本，计算在不同风向角下天线面板任意一点所受到的风压，得出施加在天线有限元模型上的风压文件。

2.根据权利要求1所述的大型射电望远镜天线面板脉动风压快速测算方法，其特征在于，所述步骤S2中的天线地理参数包括天线所在地的标准高度、湍流尺度、标准高度处的风速以及地面粗糙度。

3.根据权利要求1所述的大型射电望远镜天线面板脉动风压快速测算方法，其特征在于，所述步骤S2中的天线反射面节点信息包括反射面顶点的纵坐标、反射面节点总数以及反射面各节点坐标。

4.根据权利要求1所述的大型射电望远镜天线面板脉动风压快速测算方法，其特征在于，所述步骤S3中天线反射面上不同节点的高度z为：

z＝zmin+(a-1)×Δz，

其中，zmin为天线面板的最低高度，a为天线反射面节点的高度编号，a＝1,2...A，A为反射面节点总数，Δz为天线反射面节点之间的高度差。

5.根据权利要求1所述的大型射电望远镜天线面板脉动风压快速测算方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

步骤S41，利用修正Davenport谱进行脉动风模拟：

式中，是湍流整体尺度，Davenport将其取为1200m；是离地面高度z处的平均风速；f是脉动风频率；σ为脉动风速标准偏差；S_v表示脉动风速过程密度自谱函数；α为地面粗糙度；

观察m个具有零均值平稳随机过程v_j(t)(j＝1,2,…,m)，其脉动风谱密度函数矩阵S(ω)为：

式中，ω为角频率；元素S_jk(ω)(j,k＝1,2,…,m)是相关函数的傅立叶变换；

将S(ω)分解为：

S(ω)＝H(ω)H^*(ω)^T，

其中，H(ω)为下三角阵：

步骤S42，计算脉动风速：

其中，j＝1,2,…,n，n≤N，表示风谱在频率范围内划分成N个相同部分，Δω为频率增量(步长)，|H_jm(ω_l)|为下三角矩阵元素的模，ψ_jm(ω_l)为脉动风作用的两个点之间的相位角。θ_ml为介于0和2π之间均匀分布的随机数；

步骤S43，在修正Davenport谱中代入天线反射面节点的不同高度数值，计算出不同高度处任意节点的风速样本。

6.根据权利要求1所述的大型射电望远镜天线面板脉动风压快速测算方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

步骤S61，利用风洞试验和平面线性插值法，计算天线反射面任意节点的风压系数；

步骤S62，计算天线面板上任意节点处的受风压面积；

步骤S63，根据所述步骤S4计算出的脉动风速样本、所述步骤S61得到的风压系数以及所述步骤S62得到的任意节点受风压面积，计算得到天线面板任意节点所受到的风压。

步骤S64，根据所述天线反射面单元信息，将所述步骤S63计算出的天线面板任意节点所受到的风压结合有限元分析软件中的有限元操作命令，得出直接施加在天线模型上的风压文件。