本文關鍵詞：基于碎片云特性的航天器空間碎片撞擊易損性分析

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【摘要】：人類不斷展開太空探索活動的同時,空間垃圾與空間碎片問題日益凸顯。這些以超高速在軌道上運動的碎片對正常在軌運行的航天器產(chǎn)生了嚴重威脅,為了保證航天器的安全運行,通常采取加固航天器的防護層以提高抗御能力。同時還要進行精準的空間碎片撞擊風險評估工作。本文在M/OD環(huán)境下航天器風險評估的基礎上,提出了基于碎片云特性的航天器空間碎片撞擊易損性分析方法,討論了航天器系統(tǒng)、分系統(tǒng)及內部部件的失效模式和失效準則。首先將ORDEM2000作為空間碎片環(huán)境模型,并通過插值法獲取了空間碎片的通量,MSC/PATRAN有限元分析應用軟件作為建模工具對航天器進行幾何描述,導入至航天器易損性分析的輸入接口�；谟嬎銠C圖形學的消隱算法,提出了遮擋效應處理方法,解決了航天器外遮擋和航天器部件間遮擋問題。建立了航天器故障樹,得到了航天器失效概率的計算方法。基于前人的研究成果,建立了超高速撞擊碎片云模型分析部件遭受超高速撞擊的功能損傷模式,結合空間碎片環(huán)境數(shù)據(jù)計算部件失效概率。最后,針對IADC提出的三種標準檢驗工況對本文提出的方法進行校驗,與其他同類型軟件相比,受空間碎片撞擊數(shù)誤差在0.14%-5.31%之間,失效數(shù)誤差在0.81%-9.00%之間,驗證了本文方法的有效性�；谒槠颇Ｐ蛯Φ湫秃教炱鞑考M行了易損性分析,討論了不同位置及分布對部件受空間碎片的撞擊概率和失效概率的影響。并將航天器易損性計算方法應用于立方星,得到了立方星在軌一年內發(fā)生災難性撞擊的概率及失效概率。
【關鍵詞】：航天器易損性 空間碎片 超高速撞擊 碎片云
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V528
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題研究的背景和意義8-11
• 1.1.1 空間碎片環(huán)境概述8-9
• 1.1.2 空間碎片危害與防護方法9-10
• 1.1.3 航天器易損性分析10-11
• 1.2 國內外在該方向的研究進展及分析11-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 國內外研究進展分析14
• 1.3 主要研究內容14-16
• 第2章 空間碎片通量計算及航天器模型16-31
• 2.1 空間碎片通量計算16-21
• 2.1.1 空間碎片環(huán)境的通量描述16-17
• 2.1.2 ORDEM2000空間碎片環(huán)境模型17-19
• 2.1.3 任意尺寸碎片通量計算19-21
• 2.2 航天器模型21-30
• 2.2.1 幾何模型21
• 2.2.2 航天器撞擊防護模型21-24
• 2.2.3 航天器運動模型24-30
• 2.3 本章小結30-31
• 第3章 航天器易損性碰撞及失效計算方法31-47
• 3.1 航天器防護結構碰撞及失效概率算法分析31-33
• 3.1.1 航天器防護結構碰撞概率及算法31-32
• 3.1.2 航天器防護結構失效概率及算法32-33
• 3.2 航天器故障樹建立及分析33-38
• 3.2.1 航天器故障樹分析的建樹規(guī)則34-35
• 3.2.2 航天器故障樹的構建35-37
• 3.2.3 航天器故障樹的定量分析37-38
• 3.3 航天器遮擋效應38-46
• 3.3.1 單元遮擋38-40
• 3.3.2 航天器遮擋處理方法40-43
• 3.3.3 遮擋算法43-46
• 3.4 本章小結46-47
• 第4章 基于碎片云特性的航天器部件撞擊損傷計算方法47-63
• 4.1 碎片云分布特性47-53
• 4.1.1 最大速度48-49
• 4.1.2 質量分布49-50
• 4.1.3 速度分布50-51
• 4.1.4 空間角分布51-52
• 4.1.5 不同分布之間的關系52-53
• 4.2 碎片云建模53-58
• 4.2.1 碎片云建模方案53-54
• 4.2.2 碎片云模型描述54-58
• 4.3 碎片云撞擊航天器部件損傷計算方法58-62
• 4.3.1 航天器部件碰撞次數(shù)58-59
• 4.3.2 航天器部件碰撞概率59-61
• 4.3.3 航天器部件失效概率61-62
• 4.4 本章小結62-63
• 第5章 航天器易損性分析算法驗證及應用63-79
• 5.1 易損性分析代碼簡介63
• 5.2 航天器易損性算法標準工況檢驗63-70
• 5.2.1 標準檢驗工況63-65
• 5.2.2 碰撞數(shù)檢驗65-68
• 5.2.3 失效數(shù)檢驗68-70
• 5.3 碎片云撞擊航天器部件易損性分析實例70-75
• 5.3.1 基于碎片云模型的部件撞擊損傷70-72
• 5.3.2 電池組部件易損性分析實例72-75
• 5.4 航天器易損性分析算法在立方星上的應用75-78
• 5.5 本章小結78-79
• 結論79-80
• 參考文獻80-85
• 致謝85

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