[发明专利]超大型望远镜高度轴系支撑和驱动液压whiffletree控制机载系统

说明书

超大型望远镜高度轴系支撑和驱动液压whiffletree控制机载系统，位于望远镜上部的高度轴系支撑整个主镜和副镜并与方位轴相连接；轴径上设有径向导轨和轴向导轨，径向导轨上安装线性电动机的转子及多个静液压油垫，特征是径向设有中心轨道、内侧轨道和外侧轨道；机架底部支座上的多个径向静液压油垫支撑在内侧轨道和外侧轨道上；机架侧部支座上安装的多个轴向静液压油垫支撑在轴向导轨上；机架上设有连接机构采用运动副式柔性连接。本发明确保电机定子/转子正确的定位并且将间隙保持在非常小且恒定的值。机架设有基于液压whiffletree控制系统的运动副式柔性连接机构，从而保证望远镜平稳、精确、高重复性和超低速运行。

技术领域

本发明涉及一种用于超大型望远镜高度轴结构的机载系统，具体涉及一种基于液压whiffletree柔性控制系统连接的具有轴承和驱动两种功能的集成系统设计。

本发明是联合基金重点项目（A11）“大射电望远镜主动面关键技术研究”和国家自然科学基金面上项目（11673045）“基于拼接弧线电机的大口径天文望远镜机架合成控制方法研究”的研究成果。

技术背景

由于超大型望远镜高度轴系具有大承载重量、高运动精度和良好的稳定性等特殊要求，通用的推力球轴承、推力滚子轴承等的结果尺寸、承载能力和回转精度难以满足其要求，因此国外制造20m-50m口径地平式望远镜时针对望远镜性能指标均专门设计了超大型高度轴系支撑和驱动方案。

美国30m望远镜的高度轴系采用了四个较大的径向静液压油垫和八个轴向静液压推力油垫。这种布局的优点是方位轴整体结构简洁，力的传递路径较为清晰，缺点是使用较大尺寸的油垫会增加角端不稳定性，且单个油垫承载的负荷很大，容易产生较大变形。因此，对导轨加工精密要求高，降低了望远镜整体刚度；

大麦哲伦望远镜GMT的高度轴系采用了类似GEMINI望远镜离散化的静液压油垫支撑方案。高度轴径向安装4个小型定位油垫，12个浮动油垫；高度轴轴向安装8个静液压油垫，采用whiffletree液压支撑方案，其中四个同侧静液压油垫共用一个油路进行轴向位置调节，另外四个静液压油垫组成一个油路作为预载使用。高度轴总共使用24个静液压油垫。

欧南台极大望远镜E-ELT高度轴系采用了20个小型离散化的径向静液压油垫和40个轴向静液压油垫。为防止静液压油垫在高度轴俯仰角变化时因重力变形引起的高度轴结构弯曲以及导轨误差在运行过程中产生的搁浅现象，设计人员对高度轴系统进行了大量的各种工况最坏情况下的有限元分析以确保轴系支撑系统能够正常工作。

显而易见的是，在8至10m级望远镜中，应用较为成功的简单直接的技术扩展解决方案不能适用于未来巨型望远镜的可行性设计。需要新的解决方案来提供足够的负荷分担，以应对大规模衍生的偏差，并要满足相应的技术要求，或响应结构-控制交互问题等。

发明内容

本发明的目的是提供一种超大型望远镜高度轴系支撑和驱动液压whiffletree控制机载系统，这是一种用于超大型望远镜高度轴系支撑和驱动的集成系统，其中基于公共支撑架上的线性电动机集成驱动器，该系统由静液压型系统支撑，这确保了电机的定子/转子正确的定位并且将间隙保持在非常小且恒定的值。同时，机架上设有一套连接机构，机架与方位轴结构之间采用基于液压whiffletree控制系统的运动副式柔性连接。从而保证望远镜平稳、精确、高重复性和超低速运行。