外部碎片流下航天器的生存力评估技术

发布时间：2020-05-22 08:37

【摘要】：瞬时大量的外部碎片流如航天器解体碎片、火箭发动机喷射物等,对在轨航天器造成了一定的威胁。评估航天器在外部碎片流下的生存力,分析航天器及其部组件的失效状态,能够评价航天器的防护性能,有助于改进防护设计。实施航天器的生存力评估,要求给出定量的生存力分析结论。目前对于在轨航天器受外部碎片流撞击的情形,缺乏明确的评估手段。本文研究了外部碎片流威胁下航天器生存力评估的方法。基于碎片流物理特性、航天器部件易损性和系统风险传递关系,完成了航天器生存力评估的方案设计。同时,明确了外部碎片流下航天器生存力评估的关键问题并给出了对应解决方法。航天器部件级生存力评估是通过部件撞击敏感性分析、易损性分析和部件生存概率计算实现的。外部碎片流下的敏感性计算使用了基于球面投影的航天器敏感性分析方法。仿真分析结果表明,在进行敏感性分析时,公式法运算效率高,面元法应用范围广泛。易损性分析包括失效分析和穿透分析。通过统计部件各表面的失效状态,能够计算部件的生存概率。航天器系统级生存力评估包括系统生存概率计算和部件相对重要度分析。系统生存概率计算可以使用故障树分析法、蒙特卡洛分析法和简易评估方法。研究表明,故障树法在考虑计算效率和结果准确度时最为适用,蒙特卡洛法的使用条件最为宽泛,简易评估方法在特定条件下最为便捷。而相对重要度分析基于系统生存概率计算结果,表征了部件失效对系统的威胁性。针对碎片流所具有的碎片源终点速度、碎片源距离、碎片平均质量和碎片质量分布等物理特性对航天器生存力的影响进行了研究,获得了对碎片流物理特性和航天器生存力之间关系的初步认识。本文设计了一种外部碎片流下航天器生存力评估的方法,能够完成航天器生存力评估。同时,完成了多种算法精确程度、计算效率以及适用性的对比分析。本文研究成果有一定的学术研究意义,在工程中也有应用价值。
【图文】：

评估方法,生存力,航天器,易损性

相关领域研究进展生存力评估相关领域的现有资料集中在两个方面，，一是飞机、导弹、航天器目标的生存力评估，二是空间碎片下的航天器生存力评估。下这两个方面的研究进展。.1 非航天器目标生存力研究进展在易损性和生存力领域的研究中，美国处于领先地位。建于 1985 年的力/易损性信息分析中心（SURVIAC）是专门为美国国防部服务的信息，其致力于非核生存力和易损性研究，专长于收集、存储、传播以及科技信息、数学模型和试验数据，研究内容涉及生存力设计、生存力技力评估和产品有效性等诸多领域[4]。SURVIAC 设计了一系列的生存力，早在 20 世纪 80 年代便将飞机生存力评估方法整理成专著《damentals of Aircraft Combat Survivability Analysis and Design》公开出版机作战生存能力评估的典范[5]。

软件,目标毁伤,破片式战斗部,毁伤元

图 1-2 Vulnerability Tool Kit 软件的组成和层级[7]我国自 20 世纪 80 年代开始[8]开展易损性和生存力的研究工作，对于装标、飞机、巡航导弹、舰船、地下工事等典型目标开展研究。在非航天器的生存力领域已有一些著述[9]。中国工程物理研究院的卢永刚等将目标毁伤评估思想与计算机应用技术，提出了一种基于“虚拟模型”的目标易损性/战斗部威力评估系统方法，修正的碎片射线模型和基于射线法的弹目作用模型，应用降阶态法和蒙特法，对目标毁伤高精度评估进行了研究[10]。司凯等开发了破片式战斗部对器目标的毁伤评估模型，包括航空器及战斗部破片场的描述、部组件毁伤、破片场与目标的交会分析、部件及目标毁伤结果评估等，能够评估在各目交会条件下，破片式战斗部对目标航空器的毁伤能力[11]。张凌研究了聚斗部对巡航导弹的毁伤及引战配合，建立导弹在一定毁伤形式下的几何、和要害等效模型、毁伤元初始参数的计算模型、毁伤元飞散模型、毁伤元标交会时各参数的计算模型、目标毁伤模型和引战配合模型，进行仿真计算估引信参数、战斗部参数以及交会参数对毁伤概率的影响[12]。徐豫新将 F-斗机作为研究对象，研究了不同破片式战斗部打击下战斗机的损伤机理和
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V528

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