Simulação temporal de perturbações do vento e previsão de desempenho de grandes telescópios ópticos terrestres baseadas em campo aleatório bidimensional

CAO Yuyan ,  

WANG Jianli ,  

WANG Zhichen ,  

Li Hongwen ,  

ZHANG Yan ,  

CHU Hongliang ,  

LI Yuxia ,  

摘要

Com o aumento constante do diâmetro dos telescópios ópticos terrestres, as perturbações do vento tornaram-se um dos fatores mais críticos que afetam a qualidade da imagem do telescópio. Para investigar profundamente as leis e os mecanismos de influência das perturbações do vento no desempenho do sistema do telescópio, foi realizada uma simulação temporal da resposta do telescópio sob perturbações do vento e uma previsão do desempenho do sistema a partir da perspectiva do domínio do tempo. Primeiramente, foi brevemente apresentada a composição estrutural do telescópio e estabelecido um modelo de dinâmica estrutural utilizando o método dos elementos finitos; através do método de transformação modal, o modelo dinâmico foi convertido para o sistema de coordenadas modais, reduzindo assim a dimensão do modelo e aumentando a eficiência computacional. Em seguida, foi proposta uma metodologia de simulação temporal da velocidade do vento baseada em campo aleatório bidimensional, expressando o campo de velocidade do vento dentro da cúpula circular do telescópio como um campo aleatório bidimensional que varia com o tempo e a posição espacial; mediante a introdução do espectro do número de onda, superou-se o problema de instabilidade numérica na decomposição Cholesky da matriz do espectro da potência cruzada nos pontos discretos de amostragem do método espectral, permitindo assim expressar um campo aleatório quase contínuo dentro da faixa de frequência espacial e temporal, e foi introduzido o algoritmo de Transformada Rápida de Fourier (FFT) no cálculo numérico para melhorar a eficiência da simulação. Finalmente, com um telescópio de abertura de 2 m como exemplo, foi realizada uma simulação temporal do ambiente de velocidade do vento e previsto o desempenho do telescópio sob perturbações do vento com velocidades médias externas de 10 m/s e 15 m/s. Os resultados da simulação indicam que as perturbações do vento que atuam sobre o espelho principal causam erros máximos de forma da superfície próximos de 45 nm e 70 nm, respectivamente; a ação sobre o espelho secundário e a estrutura de treliça causa principalmente desvios relativos de posição e ângulo de baixa frequência entre o espelho principal e o secundário.

关键词

telescópio terrestre; campo aleatório; perturbações do vento; simulação temporal; modelo dinâmico

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