基于SAR卫星关键部件的碰撞损伤效应研究

摘要

目前，地球空间碎片环境随着航天事业的发展日益恶化，其对航天器的危害主要是超高速撞击现象，厘米量级的空间碎片可击穿任何防护屏，导致内部结构的损坏。尤其对于压力容器，还可能导致泄漏和航天器的位姿失控，造成严重的危害。另外，卫星拦截技术的发展使未来战争范围可能扩展到外层空间，各种发射形式的动能弹及具有轨道机动能力的小卫星均可执行空间攻防任务。
　　本文以某典型SAR卫星的构型布局方案为研究载体，针对SAR卫星挠性伸出结构和贮箱模型受到的不同撞击条件，利用数值分析方法，研究各受撞部件的动力学响应及损伤状态。
　　本文首先对太阳帆板和SAR天线中作为承载面板的蜂窝夹层板结构建立力学性能等效模型，利用基于蜂胞的Y模型理论和动态等效法，计算得到了等效正交各向异性板模型的力学性能参数，为有限元分析奠定了基础。
　　对于太阳能帆板和SAR天线及其可展支撑结构，主要对其进行圆柱形弹体的低速撞击模拟。利用Pro/E和LS-DYN软件相结合的方法建立有限元模型，通过仿真获得了撞击目标的损伤效果，最大挠度，弹体的运动形式，以及能量的传递效率等数据，总结了不同撞击速度和角度下各参数的变化规律。
　　最后，对于考虑舱壁遮挡状态的贮箱模型，在AUTODYN软件中建立了其受到厘米量级弹丸超高速撞击的2D轴对称分析模型，利用SPH光滑粒子算法，通过数值仿真得到了一次撞击和二次撞击的状态云图，通过与相关经验公式的对比证明了分析的有效性。在分析的基础上，总结了舱壁的穿孔、贮箱的大中心孔和侵彻成坑范围等损伤特性随弹速变化的规律。

目录

基于SAR 卫星关键部件的碰撞损伤效应研究

THE COLLISION DAMAGE CHARACTERISTICRESEARCH BASED ON THE KEY PARTSOF SAR SATELLITE

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 卫星挠性伸出结构动力学研究现状

1.2.1 SAR 卫星的构型布局特点

1.2.2 太阳能帆板结构动力学研究现状

1.2.3 SAR 天线及其可展开支撑架国内外研究现状

1.3 蜂窝夹芯结构的等效模型方法研究

1.4 超高速撞击国内外研究现状

1.5 主要研究内容

第2 章 SAR卫星太阳帆板低速撞击损伤研究

2.1 引言

2.2 太阳帆板的数值计算模型及参数

2.2.1 铝蜂窝夹层板的力学性能等效模型

2.2.2 撞击物和帆板有限元模型的建立

2.2.3 材料模型

2.3 弹体正撞击帆板数值分析

2.3.1 不同入射速度的正撞击数值模拟

2.3.2 帆板的损伤结果分析

2.4 弹体斜撞击帆板数值模拟

2.4.1 考虑入射速度的30°斜撞击模拟

2.4.2 考虑入射速度的45°斜撞击模拟

2.4.3 考虑入射速度的75°斜撞击模拟

2.5 本章小结

第3 章 SAR 卫星雷达天线低速撞击研究

3.1 引言

3.2 SAR 卫星雷达天线的数值模型及参数

3.2.1 雷达天线和弹体的有限元模型

3.2.2 材料模型

3.3 弹体低速撞击雷达天线的数值模拟

3.3.1 考虑入射速度的正撞击模拟

3.3.2 考虑入射速度的30°斜撞击模拟

3.3.3 考虑入射速度的45°斜撞击模拟

3.3.4 考虑入射速度的75°斜撞击模拟

3.4 本章小结

第4 章 贮箱的超高速撞击损伤研究

4.1 引言

4.2 超高速撞击的数值计算模型和材料模型

4.2.1 超高速撞击的数值仿真方法

4.2.2 数值模型的建立

4.2.3 材料模型的选择

4.3 考虑遮挡状态的贮箱模型超高速撞击数值模拟

4.4 超高速撞击的损伤结果分析

4.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢