發(fā)布時(shí)間：2020-05-22 08:37

【摘要】：瞬時(shí)大量的外部碎片流如航天器解體碎片、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴射物等,對(duì)在軌航天器造成了一定的威脅。評(píng)估航天器在外部碎片流下的生存力,分析航天器及其部組件的失效狀態(tài),能夠評(píng)價(jià)航天器的防護(hù)性能,有助于改進(jìn)防護(hù)設(shè)計(jì)。實(shí)施航天器的生存力評(píng)估,要求給出定量的生存力分析結(jié)論。目前對(duì)于在軌航天器受外部碎片流撞擊的情形,缺乏明確的評(píng)估手段。本文研究了外部碎片流威脅下航天器生存力評(píng)估的方法。基于碎片流物理特性、航天器部件易損性和系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳遞關(guān)系,完成了航天器生存力評(píng)估的方案設(shè)計(jì)。同時(shí),明確了外部碎片流下航天器生存力評(píng)估的關(guān)鍵問題并給出了對(duì)應(yīng)解決方法。航天器部件級(jí)生存力評(píng)估是通過部件撞擊敏感性分析、易損性分析和部件生存概率計(jì)算實(shí)現(xiàn)的。外部碎片流下的敏感性計(jì)算使用了基于球面投影的航天器敏感性分析方法。仿真分析結(jié)果表明,在進(jìn)行敏感性分析時(shí),公式法運(yùn)算效率高,面元法應(yīng)用范圍廣泛。易損性分析包括失效分析和穿透分析。通過統(tǒng)計(jì)部件各表面的失效狀態(tài),能夠計(jì)算部件的生存概率。航天器系統(tǒng)級(jí)生存力評(píng)估包括系統(tǒng)生存概率計(jì)算和部件相對(duì)重要度分析。系統(tǒng)生存概率計(jì)算可以使用故障樹分析法、蒙特卡洛分析法和簡易評(píng)估方法。研究表明,故障樹法在考慮計(jì)算效率和結(jié)果準(zhǔn)確度時(shí)最為適用,蒙特卡洛法的使用條件最為寬泛,簡易評(píng)估方法在特定條件下最為便捷。而相對(duì)重要度分析基于系統(tǒng)生存概率計(jì)算結(jié)果,表征了部件失效對(duì)系統(tǒng)的威脅性。針對(duì)碎片流所具有的碎片源終點(diǎn)速度、碎片源距離、碎片平均質(zhì)量和碎片質(zhì)量分布等物理特性對(duì)航天器生存力的影響進(jìn)行了研究,獲得了對(duì)碎片流物理特性和航天器生存力之間關(guān)系的初步認(rèn)識(shí)。本文設(shè)計(jì)了一種外部碎片流下航天器生存力評(píng)估的方法,能夠完成航天器生存力評(píng)估。同時(shí),完成了多種算法精確程度、計(jì)算效率以及適用性的對(duì)比分析。本文研究成果有一定的學(xué)術(shù)研究意義,在工程中也有應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展生存力評(píng)估相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)有資料集中在兩個(gè)方面，，一是飛機(jī)、導(dǎo)彈、航天器目標(biāo)的生存力評(píng)估，二是空間碎片下的航天器生存力評(píng)估。下這兩個(gè)方面的研究進(jìn)展。.1 非航天器目標(biāo)生存力研究進(jìn)展在易損性和生存力領(lǐng)域的研究中，美國處于領(lǐng)先地位。建于 1985 年的力/易損性信息分析中心（SURVIAC）是專門為美國國防部服務(wù)的信息，其致力于非核生存力和易損性研究，專長于收集、存儲(chǔ)、傳播以及科技信息、數(shù)學(xué)模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究內(nèi)容涉及生存力設(shè)計(jì)、生存力技力評(píng)估和產(chǎn)品有效性等諸多領(lǐng)域[4]。SURVIAC 設(shè)計(jì)了一系列的生存力，早在 20 世紀(jì) 80 年代便將飛機(jī)生存力評(píng)估方法整理成專著《damentals of Aircraft Combat Survivability Analysis and Design》公開出版機(jī)作戰(zhàn)生存能力評(píng)估的典范[5]。

圖 1-2 Vulnerability Tool Kit 軟件的組成和層級(jí)[7]我國自 20 世紀(jì) 80 年代開始[8]開展易損性和生存力的研究工作，對(duì)于裝標(biāo)、飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈、艦船、地下工事等典型目標(biāo)開展研究。在非航天器的生存力領(lǐng)域已有一些著述[9]。中國工程物理研究院的盧永剛等將目標(biāo)毀傷評(píng)估思想與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，提出了一種基于“虛擬模型”的目標(biāo)易損性/戰(zhàn)斗部威力評(píng)估系統(tǒng)方法，修正的碎片射線模型和基于射線法的彈目作用模型，應(yīng)用降階態(tài)法和蒙特法，對(duì)目標(biāo)毀傷高精度評(píng)估進(jìn)行了研究[10]。司凱等開發(fā)了破片式戰(zhàn)斗部對(duì)器目標(biāo)的毀傷評(píng)估模型，包括航空器及戰(zhàn)斗部破片場(chǎng)的描述、部組件毀傷、破片場(chǎng)與目標(biāo)的交會(huì)分析、部件及目標(biāo)毀傷結(jié)果評(píng)估等，能夠評(píng)估在各目交會(huì)條件下，破片式戰(zhàn)斗部對(duì)目標(biāo)航空器的毀傷能力[11]。張凌研究了聚斗部對(duì)巡航導(dǎo)彈的毀傷及引戰(zhàn)配合，建立導(dǎo)彈在一定毀傷形式下的幾何、和要害等效模型、毀傷元初始參數(shù)的計(jì)算模型、毀傷元飛散模型、毀傷元標(biāo)交會(huì)時(shí)各參數(shù)的計(jì)算模型、目標(biāo)毀傷模型和引戰(zhàn)配合模型，進(jìn)行仿真計(jì)算估引信參數(shù)、戰(zhàn)斗部參數(shù)以及交會(huì)參數(shù)對(duì)毀傷概率的影響[12]。徐豫新將 F-斗機(jī)作為研究對(duì)象，研究了不同破片式戰(zhàn)斗部打擊下戰(zhàn)斗機(jī)的損傷機(jī)理和
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V528

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