大型天文望远镜方位轴结构的双线性水平滑移减振系统技术方案

大型天文望远镜方位轴结构的双线性水平滑移减振系统，大型天文望远镜结构由方位轴侧向轴承和轴向轴承支撑，其特征在于，所述地震隔离系统置于枢轴轴承的活动部件与方位角底板的下板之间，由四个双线性减震器组成，这些减震器将轴承的4个均匀分布的点与距它们90°的方位轴地板的4个点连接起来。所述四个双线性减震器上施加有预紧力。支撑望远镜结构的方位轴的轴向静压轴承在方位轴轨道上使用滑动接触。本发明专利技术用于保护望远镜主结构免受高强度地震的影响。本发明专利技术能够在强地震事件中提供有效的隔离，而在正常观察条件下，它具有很高的刚度，可以避免干扰望远镜的指向精度。

A bilinear horizontal sliding damping system for the azimuth axis structure of a large astronomical telescope

【技术实现步骤摘要】
大型天文望远镜方位轴结构的双线性水平滑移减振系统
本专利技术涉及一种减振装置，具体涉及一种大型天文望远镜方位轴结构的双线性水平滑移减振装置。本专利技术是国家自然科学基金（A11）“大射电望远镜主动面关键技术研究”的研究成果。
技术介绍
近年来，国际上正在研制中的20-50m主镜口径的巨型地基天文光学望远镜主要有：美国三十米望远镜(TMT)、24.5m大麦哲伦望远镜(GMT)以及欧洲南方天文39m极大望远镜(E-ELT)。世界上现有观测条件优越的天文观测站多位于地震多发区，例如，北美洲的夏威夷和南美洲的智力，许多大型天文望远镜都在此选址。由美国发起的30m光学-红外望远镜(TMT)，将坐落于美国夏威夷群岛的莫纳克亚山。这是一座火山，历史上曾经发生过6.8级地震。欧南台E-ELT39m极大望远镜同样位于智力地震高发区塞罗亚马逊。故望远镜本身必须具备一定的抗震性能，以确保其在当地可能发生的最大地震条件下不发生大的破坏。为此美国TMT望远镜工作人员设计了一套水平滑移隔震系统，此系统主要有三个预载的粘滞阻尼器构成。当望远镜处于工作状态时，粘弹性阻尼器依靠预载荷保持充足的刚度，当发生地震作用时，在地震载荷作用下，地震力超过粘滞阻尼器预载时，粘滞阻尼器会呈现低阻尼特性，允许整个望远镜发生水平滑移运动，以便消耗地震能量，避免地震力对望远镜造成破坏[1]-[4]。但是该系统阻尼器是单向作用耗能装置，望远镜在发生水平滑移运动时，只能进行单方向合成运动进行耗能，不能随地震载荷力的复杂变化而灵活运动。E-ELT采用了基础隔震设计，系统由弹簧、粘滞阻尼单元、竖向预载装置以及水平向预载装置组成。此种设计在保持整体刚度的同时，具有足够的柔性。小地震时，保持为线性运动，大地震时，非线性运动消耗地震能量。缺点是为保证足够的刚度，需保证总够数量的隔振装置，使整个系统设计复杂[5][6]。中国也开展了巨型望远镜的研究工作，提出了未来中国巨型望远镜方案CFGT（ChineseFutureGiantTelescope），主镜口径为30m。正如在前面部分中提到的那样，CFGT望远镜也将位于地震活动频繁的区域。望远镜的光学元件（M1主镜，M2副镜和光谱仪）是非常敏感的设备，如果受到重要的加速度，很可能会损坏。大口径望远镜的减振设计对于保障望远镜的安全运行具有重要的意义，因此设计一套适用于中国大口径望远镜的减振系统是非常必要的。参考文献.[1]Thedesignandconstructionoflargeopticaltelescopes[M].SpringerScience&BusinessMedia,2003.[2]TMTObservatoryCorporation.Thirtymetertelescope–constructionproposal.documentTMT.PMO.MGT.07.009,Pasadena,CA;2007.<http://www.tmt.org>.[3]TsangD,AustinG,GedigM,etal.TMTtelescopestructuresystem:seismicanalysisanddesign[C]//SPIEAstronomicalTelescopes+Instrumentation.InternationalSocietyforOpticsandPhotonics,2008:70124J-70124J-12..[4]UsudaT,EzakiY,KawaguchiN,etal.PreliminarydesignstudyoftheTMTtelescopestructuresystem:overview[C]//SPIEAstronomicalTelescopes+Instrumentation.InternationalSocietyforOpticsandPhotonics,2014:91452F-91452F-10..[5]GilmozziR,SpyromilioJ.TheEuropeanextremelylargetelescope(E-ELT)[J].TheMessenger,2007,127(11):3.[6]Gómez,Celia,etal."E-ELTseismicdevicesanalysisandprototypetesting."SPIEAstronomicalTelescopes+Instrumentation.InternationalSocietyforOpticsandPhotonics,2012.
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大型天文望远镜方位轴结构的双线性水平滑移减振系统，完成上述专利技术任务的技术方案是：一种天文望远镜减振隔离系统，在这种方案下，望远镜结构将位于基墩的顶部，因此，地震隔离系统的唯一可能位置是在基墩和望远镜结构之间。在这样的位置上，隔离垂直加速度并同时在正常操作期间提供足够的刚度是不可行的。因此，本专利技术选择了2维地震隔离系统，该系统会衰减两个方向上的水平加速度（最有可能产生更大的动态振幅）。完成上述专利技术任务的技术方案是，一种大型天文望远镜方位轴结构的水平滑移减振系统，大型天文望远镜结构由方位轴侧向轴承和轴向轴承支撑，其特征在于，所述地震隔离系统置于枢轴轴承的活动部件与方位角底板的下板之间，由四个双线性减震器组成，这些减震器将轴承的4个均匀分布的点与距它们90°的方位轴地板的4个点连接起来。在优化方案中，本专利技术使用有限元软件ANSYSWORKBECHFEA模型进行地震分析。即，在原有的天文望远镜控制系统中增设地震分析有限元软件。换言之，本专利技术的隔离系统将利用枢轴轴承传递径向载荷的优势，并将其置于枢轴轴承的活动部件与方位角底板的下板之间。如图1，它由四个双线性减震器组成，这些减震器将轴承的4个均匀分布的点与距它们90°的方位轴地板的4个点连接起来。可以将四个减震器中的每个阻尼器设想为带有定阻尼器的硬对中弹簧。硬对中弹簧是双线性弹簧，可以承受来自水平作用的双向作用力，同时承受高达一定值的载荷时具有很高的刚度一旦负载超过该值，刚度将大大降低。因为存在一定的预紧力，刚度会发生变化，因此刚度较高的弹簧也称为预紧单元。选择了此负载的值，以便在运行过程中永远不会超过它操作见图4。所述四个双线性减震器上施加有预紧力，本专利技术推荐，该预紧力为10kN。这样，望远镜结构将不会具有较低的固有频率，并且在操作过程中不会遭受大的变形，这对于进行正常的观测至关重要。但是，在地震事件中，一旦超过10kN的载荷，预载荷就会丢失，望远镜结构开始相对于基墩移动，因此，来自基墩的加速度会同时被弹簧和阻尼器衰减。图3显示了本专利技术提出的减震的概念设计草图。整个望远镜结构系统的设计应能承受高达1000年回归期的地震载荷。在大地震的情况下，地震加速度和地面位移被传递到望远镜结构，导致望远镜结构振动。大型光学望远镜都使用了静压轴承系统，该系统在旋转结构和固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型天文望远镜方位轴结构的双线性水平滑移减振系统，大型天文望远镜结构由方位轴侧向轴承和轴向轴承支撑，其特征在于，所述地震隔离系统置于枢轴轴承的活动部件与方位角底板的下板之间，由四个双线性减震器组成，这些减震器将轴承的4个均匀分布的点与距它们90°的方位轴地板的4个点连接起来。/n

【技术特征摘要】
20191216 CN 20191129166511.一种大型天文望远镜方位轴结构的双线性水平滑移减振系统，大型天文望远镜结构由方位轴侧向轴承和轴向轴承支撑，其特征在于，所述地震隔离系统置于枢轴轴承的活动部件与方位角底板的下板之间，由四个双线性减震器组成，这些减震器将轴承的4个均匀分布的点与距它们90°的方位轴地板的4个点连接起来。


2.根据权利要求1所述的大型天文望远镜方位轴结构的双线性水平滑移减振系统，其特征在于，所述四个双线性减震器上施加有...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡守伟，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32