【摘要】：空間碎片對航天器的在軌運行造成了嚴重的威脅[1],許多國家在航天任務(wù)規(guī)劃階段就將空間碎片的影響納為重點研究問題。目前,防護設(shè)計是提高航天器抵御空間碎撞擊威脅能力的主要手段,空間碎片環(huán)境下航天器生存力評估是實現(xiàn)防護設(shè)計的重要依據(jù)。目前的風(fēng)險評估軟件在計算空間碎片撞擊概率時,將航天器表面進行有限元劃分,以面元為單位進行敏感性計算。航天器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,表面眾多,這樣的方法具有效率低下的缺點。此種處理方式在與易損性算法結(jié)合時也帶來了問題:在分析航天器內(nèi)部部件時,很難得到撞擊到內(nèi)部部件上的空間碎片具體參數(shù),因此對計算內(nèi)部部件擊穿情況及失效概率時只能應(yīng)用有限的幾種失效準則。針對這兩個問題,本文介紹一種基于射線法的空間碎片撞擊航天器生存力評估方法。文章對該生存力評估方法的總體方案進行了介紹,給出了空間碎片環(huán)境下影響航天器生存力的關(guān)鍵因素和建模方法。闡述了基于虛外墻法的航天器敏感性分析方法和兼容多種失效準則的航天器易損性分析方法的具體方案,明確二者涉及的關(guān)鍵問題并給出解決思路。為解決敏感性算法中初始射線生成問題,本文提出了虛外墻法。給出了虛外墻法的具體實現(xiàn)步驟,和虛外墻的特征參數(shù)。通過防護手冊標(biāo)準工況仿真,驗證了虛外墻法和敏感性算法的正確性,得到了本文敏感性算法比S3DE經(jīng)典算法效率更高的結(jié)論。為模擬超高速撞擊碎片云的軌跡與行為,本文提出了射線模擬碎片云方法,給出了方法的具體實現(xiàn)步驟。應(yīng)用該方法對碎片撞擊Whipple板形成的碎片云進行仿真,仿真結(jié)果特征與地面實驗碎片云特征一致,證明射線法模擬碎片云方法的正確性。應(yīng)用基于射線法的空間碎片撞擊航天器生存力評估方法進行了軟件開發(fā),作為生存力評估軟件S3DE的一個生存力解算模式,介紹了軟件的總體框架和操作界面。應(yīng)用軟件對模擬衛(wèi)星進行生存力分析,分析結(jié)果與S3DE經(jīng)典算法結(jié)果一致,證明了本文介紹的生存力算法的正確性。本文的研究成果提供了一種高效且支持多種失效準則的空間碎片撞擊航天器生存力分析方案,給出了其中關(guān)鍵問題的解決方法,具有一定工程應(yīng)用價值。
【圖文】：

風(fēng)險評估技術(shù)并不足以對航天器失效情況進行充分準展開了有關(guān)航天器易損性的研究，其中 NASA 對于易相當(dāng)成熟，并針對典型部件的易損性進行了大量的實動的逐漸頻繁，研究人員開始嘗試更加有效的對在軌航天器生存力分析應(yīng)運而生。究進展早展開易損性研究工作的國家，但由于保密性等原因文章較少。NASA 針對衛(wèi)星開發(fā)了 HIVAM(HyperArea Model）模型，該模型通過對戰(zhàn)斗機模型的易損性行應(yīng)用，可以進行定量、快速的計算衛(wèi)星承受碎片超過三次樣條插值的方法使 MMOD 從低速到高速再到超。HIVAM 包括三種失效準則：單個碎片或二次碎片的碎片云動量）；碎片云沖擊下部件的速度增量。該模型基定撞擊下，碎片路徑、二次碎片云的分布情況以及各問題，如圖 1-1 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文難性失效概率 PNCF(Probability of No Catastrophic Failure)的相關(guān)研究。針對間站，NASA 開發(fā)了 MSCSurv 軟件。國際空間站災(zāi)難性失效主要指艙體或員的損失，而 PNCF 的計算考慮了空間碎片或微流星體穿透艙壁后的影響效括載人艙失壓速度、宇航員的應(yīng)對以及國際空間站被擊穿后的普通影響效應(yīng)SCSurv 軟件的總體評估流程如圖 1-3 所示，其中考慮到的災(zāi)難性事件包括穿孔或裂紋、關(guān)鍵部件損失、沖擊力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)失效、宇航員缺氧、宇航、致命性艙體泄壓等。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V528

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉建新;;影響設(shè)備安裝精度的航天器結(jié)構(gòu)因素及優(yōu)化措施[J];航天器環(huán)境工程;2015年03期

2 周智炫;黃潔;任磊生;李毅;柳森;;衛(wèi)星在空間碎片撞擊下的易損性分析方法研究[J];實驗流體力學(xué);2014年03期

3 韓增堯;龐寶君;;空間碎片防護研究最新進展[J];航天器環(huán)境工程;2012年04期

4 李軍;楊偉;張玉剛;裴揚;;基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和CATIA的作戰(zhàn)飛機易損性建模方法[J];海軍航空工程學(xué)院學(xué)報;2012年01期

5 龔自正;韓增堯;龐寶君;;空間碎片防護研究現(xiàn)狀與國內(nèi)發(fā)展建議[J];航天器環(huán)境工程;2010年01期

6 余慶波;王海福;王輝;肖艷文;;軌道參數(shù)對載人飛船遭遇空間碎片碰撞風(fēng)險影響[J];科技導(dǎo)報;2010年02期

7 裴揚;宋筆鋒;韓慶;;飛機易損性計算中的射擊線幾何描述方法(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2009年05期

8 余慶波;王海福;王輝;;在軌航天器空間幾何遮擋算法[J];科技導(dǎo)報;2009年16期

9 王海福;余慶波;劉有英;;空間碎片碰撞風(fēng)險評估系統(tǒng)[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2008年12期

10 裴揚;宋筆鋒;韓慶;;基于有限元的飛機易損性建模方法研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報;2007年16期

相關(guān)會議論文 前1條

1 鄭世貴;韓增堯;閆軍;范晶巖;曲廣吉;;空間碎片防護設(shè)計軟件包研究進展及工程應(yīng)用[A];2005全國結(jié)構(gòu)動力學(xué)學(xué)術(shù)研討會學(xué)術(shù)論文集[C];2005年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 韓增堯;;空間碎片風(fēng)險評估軟件包達到國際先進水平[N];中國航天報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 彭科科;近地軌道空間碎片環(huán)境工程模型建模技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 遲潤強;彈丸超高速撞擊薄板碎片云建模研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 丁莉;空間碎片雙層板防護結(jié)構(gòu)撞擊極限研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

4 呂建婷;三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)控制算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

5 管公順;航天器空間碎片防護結(jié)構(gòu)超高速撞擊特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

6 劉彤;防空戰(zhàn)斗部殺傷威力評估方法研究[D];南京理工大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 馬振凱;空間碎片環(huán)境中的航天器生存力評估[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 王彬;空間碎片環(huán)境中的航天器易損性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 裴揚;飛機易損性建模型方法研究及DMECA軟件開發(fā)[D];西北工業(yè)大學(xué);2003年

，

本文編號：2656130