Modern Earth-based radio antennas of very-long-baseline interferometry system are furnished with robust control systems for their pointing control. Their pointing accuracy is critical to the quality of the radio wave-front captured. External disturbances, particularly those of wind gusts, produce a non-negligible dynamic aeroelastic response that degrades its pointing accuracy, and yet are not mitigated by the antenna’s control system. In this paper, a high fidelity and efficient dynamic aeroelastic model of an earth-based antenna is developed which is used to study the effects of wind gusts on the antenna’s pointing accuracy. Model order reduction of the antenna structural model is carried out using Craig–Bampton method taking into consideration the dominant modal characteristics of the antenna. The aerodynamic forces are approximated using the 2D Doublet-Lattice Method. The Davenport Spectrum is used to model aerodynamic turbulences near the earth surface. The developed dynamic aeroelastic model is employed to investigate the effects of discrete and random gusts on the pointing accuracy of the antenna. It is found that the deviation in the pointing angle is more prominent in the z (azimuth) direction and it displays a quadratic dependency with respect to the mean wind speed. This behavior is attributed to the inertial component of the aeroelastic response solution represented by the gravitational field acting on the center of gravity of the main reflector and the counterweights. The developed efficient aeroelastic model can be integrated into the antenna control system for its response prediction and mitigation.

中文翻译：

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用于VLBI地基无线电天线高保真指向精度评估的高效动态气动弹性模型的开发

超长基线干涉测量系统的现代地球无线电天线配备了强大的控制系统，用于它们的指向控制。它们的指向精度对于捕获的无线电波前的质量至关重要。外部干扰，尤其是阵风的干扰，会产生不可忽略的动态气动弹性响应，降低其指向精度，但天线的控制系统却无法缓解。本文建立了一种高保真、高效的地基天线动态气动弹性模型，用于研究阵风对天线指向精度的影响。考虑天线的主要模态特性，使用 Craig-Bampton 方法对天线结构模型进行模型降阶。使用 2D Doublet-Lattice Method 近似计算空气动力。Davenport Spectrum 用于模拟地球表面附近的空气动力学湍流。开发的动态气动弹性模型用于研究离散和随机阵风对天线指向精度的影响。发现指向角的偏差在 z（方位角）方向上更为突出，并且它显示出相对于平均风速的二次相关性。这种行为归因于作用在主反射器和配重的重心上的重力场所代表的气动弹性响应解的惯性分量。开发的高效气动弹性模型可以集成到天线控制系统中，用于其响应预测和缓解。Davenport Spectrum 用于模拟地球表面附近的空气动力学湍流。开发的动态气动弹性模型用于研究离散和随机阵风对天线指向精度的影响。发现指向角的偏差在 z（方位角）方向上更为突出，并且它显示出相对于平均风速的二次相关性。这种行为归因于作用在主反射器和配重的重心上的重力场所代表的气动弹性响应解的惯性分量。开发的高效气动弹性模型可以集成到天线控制系统中，用于其响应预测和缓解。Davenport Spectrum 用于模拟地球表面附近的空气动力学湍流。开发的动态气动弹性模型用于研究离散和随机阵风对天线指向精度的影响。发现指向角的偏差在 z（方位角）方向上更为突出，并且它显示出相对于平均风速的二次相关性。这种行为归因于作用在主反射器和配重的重心上的重力场所代表的气动弹性响应解的惯性分量。开发的高效气动弹性模型可以集成到天线控制系统中，用于其响应预测和缓解。开发的动态气动弹性模型用于研究离散和随机阵风对天线指向精度的影响。发现指向角的偏差在 z（方位角）方向上更为突出，并且它显示出相对于平均风速的二次相关性。这种行为归因于作用在主反射器和配重的重心上的重力场所代表的气动弹性响应解的惯性分量。开发的高效气动弹性模型可以集成到天线控制系统中，用于其响应预测和缓解。开发的动态气动弹性模型用于研究离散和随机阵风对天线指向精度的影响。发现指向角的偏差在 z（方位角）方向上更为突出，并且它显示出相对于平均风速的二次相关性。这种行为归因于作用在主反射器和配重的重心上的重力场所代表的气动弹性响应解的惯性分量。开发的高效气动弹性模型可以集成到天线控制系统中，用于其响应预测和缓解。发现指向角的偏差在 z（方位角）方向上更为突出，并且它显示出相对于平均风速的二次相关性。这种行为归因于作用在主反射器和配重的重心上的重力场所代表的气动弹性响应解的惯性分量。开发的高效气动弹性模型可以集成到天线控制系统中，用于其响应预测和缓解。发现指向角的偏差在 z（方位角）方向上更为突出，并且它显示出相对于平均风速的二次相关性。这种行为归因于作用在主反射器和配重的重心上的重力场所代表的气动弹性响应解的惯性分量。开发的高效气动弹性模型可以集成到天线控制系统中，用于其响应预测和缓解。