空间温度环境下包裹多粒子碎片高速撞击航天器防护结构的损伤研究

发布时间：2020-12-19 17:13

　　随着人类对太空的不断探索,太空中在轨航天器不断增多,导致空间碎片的数量不断增多,空间碎片的形状与结构各种各样,极大影响正在工作的航天器的安全。航天器在执行任务的时候受到空间环境因素影响,而温度环境的影响是一个主要方面。本文在空间温度环境下单弹丸高速撞击铝板Whipple防护结构研究的基础上,采用实验、数值模拟以及理论分析相结合的方法,开展空间温度环境下多粒子撞击铝板Whipple防护结构的研究,其中主要研究内容如下:研究包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构的损伤特性。分析在击穿前板后,包裹壳体的损伤情况与包裹小粒子散布情况,及其与包裹壳体材料、撞击速度以及包裹多粒子弹内腔几何性质的关系。结果表明,对于外壳材料为聚碳酸酯、尼龙以及2017铝合金的包裹多粒子弹,尼龙外壳包裹多粒子弹扩散效果最为明显,其次是聚碳酸酯,最后是2017铝合金。同种材料的包裹多粒子弹的粒子扩散角随着速度的增大而增大,当速度达到一定值的时候,粒子扩散效果更为明显。之后随着速度的增加,粒子扩散略有增加。圆锥型内腔的包裹多粒子弹的粒子扩散程度要明显高于圆柱型内腔包裹多粒子弹的扩散程度。研究在不同温度环境下单粒子撞击... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 空间碎片及其危害
        1.1.2 空间环境简介
        1.1.3 空间温度环境简介
        1.1.4 包裹多粒子弹简介
        1.1.5 Whipple防护结构简介
    1.2 国内外在该方向研究现状分析
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 目前存在的问题
    1.3 主要研究内容
第2章 实验方法与仿真方案设计
    2.1 引言
    2.2 实验设备
        2.2.1 包裹多粒子弹高速发射装置
        2.2.2 包裹多粒子弹测速系统
        2.2.3 高速摄影装置介绍
        2.2.4 包裹多粒子弹的制备
    2.3 数值模拟技术
        2.3.1 ABAQUS有限元仿真软件简介
        2.3.2 数值模拟材料模型
        2.3.3 数值模拟材料参数
    2.4 实验与仿真方案
        2.4.1 包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构的实验与仿真方案
        2.4.2 空间温度对铝板Whipple防护结构高速撞击特性的影响
        2.4.3 空间温度环境下包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构研究方案
    2.5 本章小结
第3章 包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构的损伤特性
    3.1 引言
    3.2 撞击实验
        3.2.1 包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构
    3.3 仿真有效性验证
    3.4 包裹多粒子弹扩散角分析
        3.4.1 外壳材料为聚碳酸酯的包裹多粒子弹扩散角
        3.4.2 外壳材料为尼龙的包裹多粒子弹扩散角
        3.4.3 外壳材料为铝合金的包裹多粒子弹扩散角
        3.4.4 扩散角分析
    3.5 壳体几何性质对包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构扩散角的影响
    3.6 本章小结
第4章 空间温度环境下铝板Whipple防护结构的损伤特性
    4.1 引言
    4.2 基于ABAQUS的空间温度仿真模拟
    4.3 数值仿真有效性验证
        4.3.1 验证方案
        4.3.2 仿真模拟以及有效性验证
    4.4 空间温度环境下铝板Whipple防护结构的单粒子损伤特性
        4.4.1 撞击极限方程及撞击极限曲线
        4.4.2 在不同温度条件下弹丸撞击Whipple的仿真研究
    4.5 在不同温度条件下弹丸撞击Whipple的防护特性
    4.6 在不同温度条件下弹丸撞击Whipple的损伤研究
    4.7 本章小结
第5章 空间温度环境下包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构的损伤特性
    5.1 引言
    5.2 高低温下包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构损伤特性研究
        5.2.1 高温条件下包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构的损伤特性
        5.2.2 低温条件下包裹多粒子弹撞击铝板Whipple防护结构的损伤特性
    5.3 数值仿真分析
        5.3.1 包裹多粒子弹击穿前板扩散角规律
        5.3.2 包裹多粒子弹击穿前板后剩余动能的变化
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]不同环境温度下铝球弹丸高速撞击编织物防护屏试验研究[J]. 管公顺,蒲东东,哈跃,庞宝君.  机械工程学报. 2015(03)
[2]2A12铝合金本构关系和失效模型[J]. 张伟,魏刚,肖新科.  兵工学报. 2013(03)
[3]匹配滤波方法在非相干散射雷达测量空间碎片中的应用[J]. 刘拥军,葛德彪,金旺.  空间科学学报. 2012(01)
[4]低温下Whipple防护结构超高速撞击效应研究[J]. 杨继运,徐坤博,简亚彬,曹燕,李宇,龚自正,赵晶晶.  航天器环境工程. 2011(04)
[5]静止轨道卫星在轨温度参数变化规律研究[J]. 郭永富.  航天器工程. 2011(01)
[6]超高速撞击中的弹丸形状效应数值模拟研究[J]. 徐坤博,龚自正,侯明强,代福,郑建东.  航天器环境工程. 2010(05)
[7]空间碎片防护研究现状与国内发展建议[J]. 龚自正,韩增尧,庞宝君.  航天器环境工程. 2010(01)
[8]航天器近地空间环境效应综述[J]. 邵永哲,杨健,李小将,石磊.  航天器环境工程. 2009(05)
[9]CAST空间碎片超高速撞击试验研究进展[J]. 龚自正,杨继运,代福,董洪建,童靖宇,向树红,庞贺伟.  航天器环境工程. 2009(04)
[10]5A06铝合金的动态本构关系实验[J]. 林木森,庞宝君,张伟,迟润强.  爆炸与冲击. 2009(03)

博士论文
[1]弹丸超高速撞击薄板碎片云建模研究[D]. 迟润强.哈尔滨工业大学 2010
[2]基于SPH方法的空间碎片超高速碰撞特性及其防护结构设计研究[D]. 徐金中.国防科学技术大学 2008

硕士论文
[1]空间环境对航天器编织材料结构防护性能的影响[D]. 刘家赫.哈尔滨工业大学 2014
[2]二级轻气炮超高速撞击实验测控系统研究[D]. 邓云飞.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：2926272