14.5 Antennas
14.5.1 Radio telescopes
Wind loads on the antennas of large steerable radio telescopes – usually with dish reflectors of paraboloidal shape minus; are of critical importance for several design criteria (Wyatt, 1964):
Overall strength for safety in extreme winds Loads on drive system
Freedom from oscillations Pointing accuracy
Distortion of the reflector
The last four of the above conditions are serviceability criteria. Very small tolerances are required for the operation of these antennas.
The main source of wind loads is the paraboloidal dish itself. If the dish is impermeable, the pressures acting on it may be assumed to act normal to the surface, with negligible contributions from skin friction. For a paraboloid, the normal to any point on the surface passes through the generating axis, at a point 2f measured along the axis from that point, where f is the focal length. Therefore, it may be assumed, that the resultant aerodynamic force will act through a point on the axis, distant from the vertex by 2f plus half the depth of the dish, d (Wyatt, 1964).
Considering first the case with the wind direction normal to the altitude axis of rotation of the dish as shown in Figure 14.13. Resolving the aerodynamic forces in body axes (Section 4.2.2), the force coefficients are given by:
|
CX |
Fx |
(14.4) |
||||
|
1 |
macr; |
2 |
||||
|
A |
||||||
|
2rho;aUh |
||||||
Other structures 279
Figure 14.13 Resultant aerodynamic forces on the dish antenna of a radio telescope (Wyatt, 1964).
|
CY |
FY |
(14.5) |
||||
|
1 |
macr; |
2 |
||||
|
A |
||||||
|
2rho;aUh |
||||||
b2 where A is the projected area normal to the dish, given by pi; 4 .
Following the arguments in the previous paragraph, the eccentricity, e, of the aerody-namic force can be closely approximated by (Wyatt, 1964):
|
d |
b 2 |
|||||
|
e 2f |
2f 1 |
(14.6) |
||||
|
2 |
8f |
|||||
Tests in smooth uniform flow (Wyatt, 1964) indicate maximum values of Cx of about 1.7 when the angle of attack, alpha;, is about 45 degrees. The transverse force coefficient CY is approximately constant with f/b when expressed in the form (f/b)CY, with a maximum value of about 0.05, for alpha; equal to about 135 degrees. The transverse force FY generates a moment about the vertex equal to FY.e.
It is found that the effect of a boundary-layer mean wind profile has a relatively small effect for wind directions facing the wind. However, the effect is greater when the wind is blowing obliquely on to the rear of the paraboloid. As shown in Figure 14.14, the effect is to increase the moment about the altitude axis and decrease it about the azimuth axis (Wyatt, 1964).
In Figure 14.14, the moment coefficients are defined as follows:
|
CM |
M |
(14.7) |
||||
|
1 |
macr; |
2 |
||||
|
Ab |
||||||
|
2rho;aUh |
||||||
280 Other structures
Figure 14.14 The effect of velocity profile on the aerodynamic moments on a radio telescope (Wyatt, 1964).
14.5.2 Microwave dish antennas
The drag forces acting on small dish antennas used for microwave frequency transmission, are of interest for the structural design of the towers supporting them. In the past, total drag forces for tower design have been obtained by simply adding the drag measured on the antennas in isolation to that determined for the tower without antennas. This will overestimate the total drag in many cases, as usually the antennas will shield part of the tower, or vice-versa; also the drag on an antenna itself in the presence of the tower will be different to that on the antenna in isolation.
Figure 14.15 shows the drag coefficient for an impermeable unshrouded dish obtained as a function of the wind incidence angle measured from the normal to the plane of the dish, measured in both smooth (approximately 1% turbulence intensity), and turbulent flow (10% turbulence intensity) (Holmes et al., 1993). The reference area is the projected
b2 area of the di
全文共165647字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
14.5天线
14.5.1射电望远镜
风载大型天线的可操纵的射电望远镜——通常与菜的抛物面反射镜形状minus;至关重要的几个设计标准(怀亚特,1964):
在极端风荷载的驱动系统中，整体的安全强度。
自由振荡指向精度。
扭曲的反射器
上述条件的最后四个是可服务性标准。这些天线的操作需要非常小的公差。
风荷载的主要来源是抛物面盘本身。如果这道菜是不透水的，那么作用于它的压力可能会被假定为在表面上表现正常，而表面摩擦的作用微不足道。对于抛物面来说，表面上任何一点的正常情况都要经过生成轴，在沿轴方向的点2f处，f是焦距。因此，可以假设，由此产生的气动力将通过轴上的一个点，远离顶点2f，加上dish的一半深度，d (Wyatt, 1964)。
首先考虑风向正常的情况下，抛物面旋转的高度轴，如图14.13所示。在体轴(4.2.2节)中解析气动力，其力系数为:
|
CX |
Fx |
(14.4) |
||||
|
1 |
macr; |
2 |
||||
|
一个 |
||||||
|
2rho;aUh |
||||||
其他结构 279年
图14.13射电望远镜碟形天线的结果气动力(Wyatt, 1964)。
|
CY |
FY |
(14.5) |
||||
|
1 |
macr; |
2 |
||||
|
一个 |
||||||
|
2rho;aUh |
||||||
b2 哪里是这道菜的投影面积正常,由pi;吗 4。
在上一段的论证之后，aerody-namic force的离心率可以近似于(Wyatt, 1964):
|
d |
b2 |
|||||
|
e2 f |
f 1 2 |
(14.6) |
||||
|
2 |
8 f |
|||||
平滑均匀流的测试(Wyatt, 1964)表明C的最大值。x 1.7当攻角时,alpha;,大约是45度。横向力系数C。Y 在形式(f/b)C中，f/b近似为常数?Y最大值约为0.05,对alpha;等于135度。横向力FY 生成一个关于顶点等于F的时刻。Y社会事务部。
研究发现边界层平均风廓线对风方向的影响相对较小。然而，当风斜向抛物面后方时，效果会更大。如图14.14所示，其效果是增加了高度轴的力矩，并减小了它的方位轴(Wyatt, 1964)。
在图14.14中，力矩系数的定义如下:
|
CM |
米 |
(14.7) |
||||
|
1 |
macr; |
2 |
||||
|
Ab |
||||||
|
2rho;aUh |
||||||
280年 其他结构
图14.14速度剖面对射电望远镜气动力矩的影响(Wyatt, 1964)。
14.5.2微波碟形天线
用于微波频率传输的小抛物面天线的阻力，对支撑它们的塔的结构设计有很大的影响。在过去，塔式设计的总阻力是通过简单地增加天线的阻力来获得的，而这种阻力是在没有天线塔的情况下由天线所决定的。这将高估许多情况下的总阻力，因为通常天线会屏蔽部分塔，反之亦然;此外，天线本身在发射塔存在时的阻力也会与孤立的天线不同。
图14.15显示了一种不透水的无遮蔽盘的阻力系数，它是由风入射角度从正常到抛物面的平面，以平滑(约1%的湍流强度)和湍流(10%湍流强度)(Holmes et al.， 1993)测量的。参考区域是投影。
b2 的菜,pi; 4。
隔离盘的阻力系数是最大的，其风向与抛物面的平面垂直，但在30度内的角窗内不会减少多少。最大阻力系数，基于圆盘面积约1.4。风向从40度到80度都有很大的减少。湍流强度的影响较小。
干扰因素的概念如图14.16所示。孤立天线的阻力应该乘以这个因子，以使测量的增量贡献给总塔阻力。塔段的累加和，D。t，以及天线的增量贡献，K。i. Da，给出了总有效的阻力D。e。
干扰因素为单个盘连接到网格塔的脸,方形截面和体积比为0.3,以图形的方式说明了,作为一个功能的取向、theta;,相对于塔的脸在图14.17(福尔摩斯et al .,1993)。最大干扰系数约为1.3，出现在盘加速的风向。
其他结构 281年
图14.15阻力系数作为孤立抛物面天线攻击角度的函数(Holmes等，1993)。
塔上的气流，即90度和270度的风向。对于0和180度的风向，在相互屏蔽的情况下，会发生低至0.5的干扰因素。
对干扰因子K的经验形式。i，仅基于图14.17中的实验数据的塔的固相和阻力系数，以及其他情况下的数据，采用的形式为:
|
Ki exp(minus;k(CDdelta;)2]。((1 t) tcos2(theta;minus;theta;d minus;90] |
(14.8) |
其中CD 为塔或桅杆部分单独的阻力系数，基于成员在一个面上的投影面积，测量正常到脸部;delta;的坚固的塔;k是正方形塔的一个参数，等于1.2。,1981);t是可调参数(图14.17中为0.5);theta;d 是天线相对于塔的天线的角度。
除了拖曳(顺风)力外，还可能有重要的跨风力作用于平行的风向，或近似平行于固体的平面。这些应该在设计支持附件的时候考虑到。基本的空气动力系数通常可以从天线制造商获得，尽管这些通常不包括干扰效应。
14.5.3旋转雷达天线
大型旋转雷达天线的空气动力载荷，如大型机场使用的天线，由于产生的转矩变化，造成了特定的服务能力问题。天线的操作对角速度的变化有严格的限制。
282年 其他结构
图14.16增加天线阻力的干扰因素概念。
图14.17作为风方向的干扰因素，将单个微波天线添加到方形网格塔(Holmes et al.， 1993)。
其他结构 283年
进而限制驱动电机必须克服的扭矩变化。风力引起的转矩变化有两个来源:
风向与天线水平风向的变化。
在实际使用的转速下，气动扭矩变化的第一个来源似乎占主导地位。
天线旋转的影响可以用准稳定的方法来处理。这就导致了在风洞中通过静态试验得到的扭矩变化，其中方位角是变化的。假设旋转的影响会导致从这些测试中得到的波动转矩曲线的静态位移(Sachs, 1978;Lombardi,1989)。然而，准稳态理论在高转速(Lombardi, 1991)中被发现只是近似正确的。
在天线的背面使用小的鳍被发现是有效的减少气动扭矩。这些是小的提升表面产生反作用力。图14.18显示了从旋转风洞模型得到的测量扭矩系数(Lombardi, 1991)。
不幸的是，所有在旋转雷达天线上的风洞测量都是在平滑的均匀流中进行的。湍流边界层流动的影响是不确定的，但最有可能的效果是使转矩与偏航角曲线图平滑，如图14.18所示。
14.5.4移动电话天线
移动电话细胞的天线通常由几个在玻璃纤维或塑料天线罩内的辐射天线组成，这些天线安装在杆塔或杆塔上，这些天线可能会被安装在建筑物或其他建筑物上。由于它们的性质，它们处于暴露的位置，因而受到干扰或遮蔽，其他结构的影响通常很小。然而，天线罩之间的相互气动干扰是相当大的。
许多天线已经在大型风洞的大型风洞中进行了全面的测试。
图14.18旋转雷达天线的气动扭矩系数与偏航角(Lombardi, 1991)。
284年 其他结构
namic force系数，但是数据通常是私有的，而不是免费的。力系数被发现依赖于雷诺数，因此小尺度的模型试验将产生不可靠的结果。然而，在高雷诺数下，从全尺寸测量，典型的这些天线元件的阻力系数，说明相互干扰的影响如图14.19所示。
根据投影的前缘区域，天线的弯曲面风的阻力系数约为1.1。这一数值被简化为风方向，在其中，向风的额叶面积减小，如图所示为风向120度。
当天线单元以三种方式分组时，综合阻力系数(基于一个天线罩单元的前缘面积)大大降低。如图14.19所示，两种下风元素在大间距(左)簇中所产生的影响是中性的，即孤立的upwind元素的阻力与三组的组合阻力相同。对于紧密间隔的簇，它就像一个带有曲面的单一的钝体，整体的阻力比孤立的逆风天线的总阻力要小20%。
有时多达9个天线被分组在一个三角形的框架上，如图14.20所示。如图所示，单面上的天线被分离得很好，以避免较大的空气动力干扰效应，但由于相互干扰(4.3.1
全文共61664字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[16891]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
