一种用于空间太阳能电站的球形聚光器支撑方法技术

本发明专利技术属于太阳能利用技术，具体涉及一种用于空间太阳能电站的球形聚光器支撑方法，其特征是：至少包括如下步骤：(1)建立基准多面体；(2)获取基础子阵；(3)划分基础子阵；(4)获取球面网格形式；(5)确定具体的球面网格和节点坐标；(6)支撑结构构建；(7)建立结构有限元模型；(8)施加约束；(9)施加载荷；(10)求解有限元模型；(11)提取结构基频、形面精度和最大节点位移；(12)构造结构优化模型。它以便降低支撑结构的质量、提高光收集率、提升形面精度，实现光、结构综合性能优化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种用于空间太阳能电站的球形聚光器支撑方法
本专利技术属于太阳能利用技术，具体涉及一种用于空间太阳能电站的球形聚光器支撑方法。
技术介绍
空间太阳能电站是一种直接在太空收集并转换阳光的超大型空间结构，主要包括聚光器、光伏电池阵、微波发射天线等部分。其中，聚光器的尺度可达公里级，无法一体成型，须通过单元模块拼接构建。2016年西安电子科技大学提出了OMEGA(Orb-shapedMembraneEnergyGatheringArray)方案。该方案拟通过按一定的网格路径搭建支撑结构，之后铺设单向薄膜的方式建造半径为1500m的球形聚光器。遥感科学领域对球面网格系统已有多年的研究，主要是研究如何将球面递归剖分为面积、形状近似相等且具有多分辨层次结构的单元。但与一般球面网格构建不同的是，OMEGA方案的球形聚光器承担着光能收集和结构承载的功能，支撑结构的设计需综合考虑光学特性和结构特性，以实现形面精度高、光收集效率高、光收集波动小、系统质量低等设计要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于空间太阳能电站的球形聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于空间太阳能电站的球形聚光器支撑方法，其特征是：至少包括如下步骤：/n(1)建立基准多面体/n利用正八面体建立基准多面体，正八面体的两个顶点为外接球面的极点，另外四个顶点落在外接球面的赤道上；/n(2)获取基础子阵/n将步骤(1)得到的基准多面体映射到外接球面，得到8组相同的球面三角形，选取其中一组作为基础子阵；/n(3)划分基础子阵；/n(4)获取球面网格形式/n将步骤(3)得到的基础子阵的节点坐标进行翻转和映射，得到另外7组子阵的节点坐标，合并重复节点并去除极点附近的节点；连接相邻节点，得到球面网格形式；/n(5)确定具体的球面网格和节点坐标；/n(6)支撑结构构建/n利用空心碳...

【技术特征摘要】
1.一种用于空间太阳能电站的球形聚光器支撑方法，其特征是：至少包括如下步骤：
(1)建立基准多面体
利用正八面体建立基准多面体，正八面体的两个顶点为外接球面的极点，另外四个顶点落在外接球面的赤道上；
(2)获取基础子阵
将步骤(1)得到的基准多面体映射到外接球面，得到8组相同的球面三角形，选取其中一组作为基础子阵；
(3)划分基础子阵；
(4)获取球面网格形式
将步骤(3)得到的基础子阵的节点坐标进行翻转和映射，得到另外7组子阵的节点坐标，合并重复节点并去除极点附近的节点；连接相邻节点，得到球面网格形式；
(5)确定具体的球面网格和节点坐标；
(6)支撑结构构建
利用空心碳纤维杆以步骤(5)得到的具体的球面网格为路径，搭建支撑结构。沿球面三角形中线将支撑杆均匀划分为三类，三类支撑结构取不同的内外径；
(7)建立结构有限元模型
基于步骤(5)得到的节点坐标和步骤(6)的三类支撑结构内外径，利用有限元软件建立结构有限元模型；
(8)施加约束
针对步骤(7)得到的结构有限元模型，添加自由度约束；
(9)施加载荷
根据聚光器支撑结构和空间太阳能电站其他结构部件的连接关系，对步骤(7)得到的结构有限元模型施加载荷；
(10)求解有限元模型
在步骤(7)、(8)和(9)的基础上，对结构有限元模型进行求解，得到结构基频和节点位移；
(11)提取结构基频、形面精度和最大节点位移
依据步骤(10)得到的节点位移，计算出形面精度并提取最大节点位移，将得到的形面精度、最大节点位移、以及步骤(10)得到的结构基频输出到文本；
(12)构造结构优化模型；
(13)求解优化模型
利用粒子群算法求解步骤(12)中的优化模型，得到优化后的三类支撑结构的内外径；
(14)输出支撑结构设计方案
利用步骤(5)得到的具体的球面网格和节点坐标，以及步骤(13)得到的最优内外径，输出支撑结构设计方案。


2.根据权利要求1所述的一种用于空间太阳能电站的球形聚光器支撑方法，其特征是：所述的步骤(3)具体包括：
(3a)旋转赤道圆，切割步骤(2)得到的球面三角形的中线，得到点Ni；
(3b)做通过步骤(3a)得到的节点Ni的赤纬圆，切割步骤(2)得到的球面三角形，与球面三角形的边交于点N′i；
(3c)利用赤经圆切割弧NiN′i，得到基础子阵的节点坐标，通过下式表示：



其中，(xi,j,yi,j,zi,j)为节点坐标，R0为球形聚光器半径，和θi分别为方位角和天顶角，通过下式计算：






其中，m为步骤(3a)切割球面三角形中线的分段数；
(3d)连接相邻节点，形成基础子阵网格。


3.根据权利要求1所述的一种用于空间太阳能电站的球形聚光器支撑方法，其特征是：所述的步骤(5)具体包括：
(5a)通过下式计算入射光线的位置、方向向量和携带能量数；



Rinc＝(-1,0,0)



其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨阳，刘姣姣，狄青云，裴梦琛，王怡，孟一卓，赵昕玥，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61