空间飞行器碎片防护结构的简化设计

给出一种基于实验和理论分析的航天器碎片防护结构简化设计方法 ,该方法可用于进行大型空间飞行器碎片防护结构的方案选择和初步结构设计。利用空间碎片的工程环境模型和防护结构几何经验公式 ,采用“设计碎片”的概念 ,对防护结构进行几何结构设计和质量估算 ,并采用改进的防护性能验证算法进行空间碎片的风险评估。通过对惠式防护结构的计算 ,得到的计算结果基本符合实际要求。     

球形弹丸超高速撞击铝靶的分子动力学模拟

基于开源分子动力学程序LAMMPS建立球形铝弹丸超高速撞击铝靶的计算模型,模拟弹丸以10 km/s的速度超高速撞击单层靶、双层靶和半无限厚靶;获得了超高速碰撞靶板的物理过程及靶板损伤特性,与超高速碰撞宏观现象相似;厚靶成坑坑深与宏观经验公式计算结果基本一致。模拟结果初步表明,分子动力学方法可以对弹丸超高速碰撞薄靶和半无限厚靶进行模拟,为揭示碰撞过程中的微观机理提供了一种新的研究方法。     

梯度波纹夹层防护结构超高速碰撞特性仿真研究

文章基于空间碎片被动防护需求,提出了一种梯度波纹夹层防护结构,并对其超高速碰撞过程及形成碎片云的特性进行了仿真分析。仿真结果表明,相比于Whipple结构,在梯度波纹夹层结构中冲击波的卸载方式更复杂,更有利于空间碎片的破碎;碰撞速度在5~20 km/s时,碎片云的膨胀半角先增大后减小;夹层结构中前置波纹板对撞击动能中不可逆功的吸收量和吸收占比最大。研究结果对空间碎片被动防护结构的设计具有一定的参考价值。     

代理模型在空间碎片碰撞概率分析中的应用

利用代理模型来高效计算空间目标之间的碰撞概率。碰撞概率计算的经典方法包括蒙特卡洛（Monte Carlo,MC）方法,以及基于速度线性化、位置误差服从高斯分布等假设,在相遇平面上对碰撞概率密度函数（高斯型）进行积分的方法。相较于MC方法要处理原轨道模型由大量重复仿真带来的计算量增长,代理模型针对输入变量的先验分布设计得到相应数学模型,不仅大大降低了单次仿真的计算时间,还减少了计算概率所需的仿真数量。代理模型去除了线性化假设等限制条件,对于碰撞概率密度函数可能呈现出的非高斯型特征也有很好的统计解释,其适用范围更广。本文结果表明,代理模型方法能够在大幅降低计算量的同时,保证对碰撞概率的估计较为准确。     

简化碰撞模型对直升机桨叶扬起下坠动响应影响

采用含阻尼项的简化碰撞模型模拟铰接式旋翼桨叶与限动块之间碰撞时的碰撞力变化,并研究了桨叶扬起下坠动响应过程。运用Hamilton原理建立桨叶扬起下坠动力学方程,并采用Newmark积分法求解桨叶下坠过程的动响应。分析扭转弹簧刚度、阻尼比和积分步长对挥舞铰处碰撞力矩的影响,计算结果表明：扭转弹簧刚度增大1 000倍时,碰撞力矩的峰值相应增大22.0倍;阻尼比从0增大到0.05时,碰撞力矩的峰值增加10.4%;积分步长变小时,计算的精度有所提高,但计算效率却有所降低。     

GaAs太阳电池空间质子辐射损伤的分子动力学研究

GaAs太阳电池在空间辐射条件下的性能衰减与电池内部微观结构紧密相关。文章针对空间辐射带质子辐照GaAs材料,利用分子动力学方法研究由被辐射材料中产生的不同能量(0.1~10 ke V)初级离位原子(PKA)引起的级联碰撞过程,分析缺陷随辐照时间、入射PKA能量的演化规律,探讨点缺陷和缺陷簇的形成特征。研究发现,在GaAs材料的缺陷对数目随时间的演化曲线中,在"离位峰"和稳定状态时,缺陷对数目与PKA能量呈一定的线性关系;PKA能量越高,辐射损伤越严重、越不易恢复,但缺陷复合率随能量升高趋于饱和;点缺陷在GaAs中主要以缺陷簇的方式存在,且随着能量的升高,孤立缺陷倾向于缔合成缺陷簇。     

低冲分离装置引导阶段动力学建模与实验研究

采用基于LZB碰撞模型的多刚体系统动力学的方法,建立了低冲分离装置引导阶段的动力学模型,设计了分离螺栓沿分离管道运动的引导阶段原理性实验平台,实验测量结果验证了模型的正确性。本研究为涉及复杂碰撞的低冲分离全过程动力学的研究奠定了一定理论和实验基础。     

基于概率反弹碰撞模型的进气粒子分离器两相流数值模拟

通过5点Gauss-Hermite积分拟合粒子与固壁碰撞后,反弹速度和角度的概率密度分布试验数据,建立粒子与固体碰撞/概率反弹模型.将该模型应用于直升机用整体式预旋与非预旋进气粒子分离器气固两相流场数值模拟,并与另外两种常用的粒子与固壁碰撞反弹模型(平均恢复系数模型、完全弹性碰撞模型)的计算结果进行了对比.结果表明:上述3种碰撞模型都能较好地预测AC粗砂的分离效率;对于C级砂,基于完全弹性碰撞模型的预测结果则过低;基于平均恢复系数模型的预测结果明显偏高,有预旋时尤其明显;而基于概率反弹模型的预测结果处于两者之间,与试验结果吻合更好.      

基于支持向量机的飞行器多余物信号识别

针对飞行器控制电路在生产制造过程中可能引入金属线头等微小多余物,从而留下短路等安全隐患的问题,提出了一种基于微粒碰撞噪声检测（PIND）的飞行器多余物材质识别方法。首先,利用短时自相关函数提取PIND信号的脉冲部分;然后,提取多种时频域统计特征,并与梅尔频率倒谱系数（MFCC）特征结合起来;最后,训练多分类支持向量机模型实现材质分类。为验证所提方法的有效性,采集了3种不同材质多余物的PIND信号进行模型训练及测试,实验结果表明,所提方法材质识别准确率达98%,优于同类方法的相关结果。      

基于环状超声速气流引射作用的靶式气流磨研究

气流磨作为生产超精细粉末的设备在工业界得到了广泛应用。通过数值模拟和试验验证,提出了一种超声速靶式气流磨。该气流磨采用环状超声速气流引射颗粒流,使其达到超声速状态并获得极大动能,以颗粒束形式维持于气流中心,准确碰撞靶头,实现超声速粉碎。对颗粒速度和运动轨迹的两相流数值模拟结果表明:在总压1.5 MPa、马赫数3.0的超声速气流引射作用下,粒径为25~1 μm的颗粒可加速至440~530 m/s,并精准地碰撞靶头。在此基础上,设计制造了超声速靶式气流磨并进行了铁粉粉碎试验和靶头侵蚀试验,结果表明:颗粒具有极大的碰撞能量,且与靶头发生了聚焦式碰撞。