空間碎片正嚴重威脅著航天器的在軌運行,空間碎片撞擊航天器的平均速度超過10km/s,這樣的超高速撞擊過程,一旦發(fā)生就可以輕易穿透航天器防護結(jié)構(gòu)。輕則致使航天器局部失效、功能降階,重則發(fā)生整星解體機毀人亡。進行空間碎片環(huán)境下的航天器生存力評估,對于任務(wù)風(fēng)險評估和任務(wù)規(guī)劃都有十分重要的現(xiàn)實意義和實用價值。為提高的航天器生存力評估結(jié)果適用性,本文針對確定部件失效到系統(tǒng)生存力的風(fēng)險傳遞過程進行模型搭建與算法推理研究,并結(jié)合故障診斷與預(yù)測方法,提出了基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的航天器生存力評估專家系統(tǒng)的研究方法。為建立更完善的系統(tǒng)易損性分析模型,本文開發(fā)了航天器生存力評估的專家系統(tǒng),系統(tǒng)中專家知識即為航天器部件易損性到系統(tǒng)易損性的風(fēng)險傳遞模型化知識,通過專家知識推理即可完成目標航天器系統(tǒng)易損性模型搭建和生存力評估。本系統(tǒng)設(shè)計了人機交互界面、基于故障樹模型的知識獲取機、基于產(chǎn)生式規(guī)則的知識表達以及結(jié)合數(shù)據(jù)庫完成了知識的存儲。為解決原有故障樹法計算過程復(fù)雜、單向推理、精確度差等問題,本文設(shè)計了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的專家知識推理機。完成空間碎片撞擊下的部件易損性定義即可激活推理機,基于故障樹的知識模型映射完成有向無環(huán)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造,并完成有向邊的條件概率表定義,即可開始貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的雙向概率推理,因果推理獲得分系統(tǒng)、系統(tǒng)失效和系統(tǒng)生存力的全概率推理結(jié)果,診斷推理求得后驗概率表征底事件失效的系統(tǒng)影響程度。由于生存力評估的“二態(tài)”性和風(fēng)險傳遞過程條件概率不確定性問題,本文設(shè)計了基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理的生存力評估方法。結(jié)合航天器FMECA提出了系統(tǒng)易損性的等級評價和航天器生存力指數(shù)評價,完善了生存力評估表征,并在推理時將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點參數(shù)的專家經(jīng)驗自然語言表述進行模糊概率處理,建立模糊概率與易損性等級的模糊概率矩陣,通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理,得到精確度更高的航天器多態(tài)生存力評估結(jié)果。針對以上設(shè)計方案進行了軟件開發(fā),采用Visual Studio 6.0作為專家系統(tǒng)開發(fā)平臺,后臺數(shù)據(jù)管理采用SQL Server 2014,在Matlab 2016a進行了兩種推理算法的開發(fā)計算。分析結(jié)果與經(jīng)典生存力算法結(jié)果一致,證明了本文提出的生存力算法的正確性。該方法提供了高效的航天器生存力評估方案,不僅兼容空間碎片撞擊下的風(fēng)險評估,也兼容多種損傷機理的評估,具有一定的工程應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V528
【部分圖文】：

圖 1-1 MSCSurv 軟件評估流程歐盟國家開展了名為 FP7（即所謂“第七框架計劃”）的科技開發(fā)計劃，ReVus 計劃與 P2-RO-TECT 均為關(guān)于面臨空間碎片環(huán)境的航天器易損性分計劃。ReVus 計劃是針對<0.1cm、1cm~10cm 級空間碎片對于 LEO 軌道傷情況以及撞擊風(fēng)險分析，這種碎片對于在軌飛行器既既無法跟蹤定位、又能在高速撞擊情況下對衛(wèi)星造成巨大損傷[12-13]。

圖 1-1 MSCSurv 軟件評估流程名為 FP7（即所謂“第七框架計劃”）的-RO-TECT 均為關(guān)于面臨空間碎片環(huán)境的劃是針對<0.1cm、1cm~10cm 級空間碎片風(fēng)險分析，這種碎片對于在軌飛行器既既情況下對衛(wèi)星造成巨大損傷[12-13]。

圖 1-4 MORAS 風(fēng)險評估軟件流程圖分析研究現(xiàn)狀SA 等航天器研究機構(gòu)對國際空間站的內(nèi)部部件，進了高速撞擊下多種部件包括太陽電池陣、蓄電池組的不同參數(shù)的撞擊毀傷情況、目標損傷機理與部件歐空局 Schafer F.，Ryan S.等人發(fā)表了關(guān)于航天器程（BLE），其中 SRL（Sch fer-Ryan-Lambert）方e 防護結(jié)構(gòu)的撞擊極限判斷[26]。P7 項目中，還進行了航天器關(guān)鍵部件易損性的評估纜進行了超高速撞擊試驗如圖 1-5 所示，包括常規(guī)射頻電纜。在試驗期間，所有電纜都在其標準工況線路傳輸造成的干擾。觀察到兩種物理失效機制對電纜，在高速撞擊下因外層屏蔽融化熔融和鋁蒸發(fā)撞擊碎片使線束彎曲，在電纜傳輸之間產(chǎn)生短路。

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本文編號：2815209