On the effect of considering more realistic particle shape and mass parameters in MMOD risk assessments

One of the primary mission risks tracked in the development of all spacecraft is that due to micro-meteoroids and orbital debris (MMOD). Both types of particles, especially those larger than 0.1 mm in diameter, contain sufficient kinetic energy due to their combined mass and velocities to cause serious damage to crew members and spacecraft. The process used to assess MMOD risk consists of three elements: environment, damage prediction, and damage tolerance. Orbital debris risk assessments for the Orion vehicle, as well as the Shuttle, Space Station and other satellites use ballistic limit equations (BLEs) that have been developed using high speed impact test data and results from numerical simulations that have used spherical projectiles. However, spheres are not expected to be a common shape for orbital debris; rather, orbital debris fragments might be better represented by other regular or irregular solids. In this paper we examine the general construction of NASA’s current orbital debris (OD) model, explore the potential variations in orbital debris mass and shape that are possible when using particle characteristic length to define particle size (instead of assuming spherical particles), and, considering specifically the Orion vehicle, perform an orbital debris risk sensitivity study taking into account variations in particle mass and shape as noted above. While the results of the work performed for this study are preliminary, they do show that continuing to use aluminum spheres in spacecraft risk assessments could result in an over-design of its MMOD protection systems. In such a case, the spacecraft could be heavier than needed, could cost more than needed, and could cost more to put into orbit than needed. The results obtained in this study also show the need to incorporate effects of mass and shape in mission risk assessment prior to first flight of any spacecraft as well as the need to continue to develop/refine BLEs so that they more accurately reflect the shape and material density variations inherent to the actual debris environment.     

基于恒应变率控制的椭圆凹模胀形试验方法

为确定2A16-O铝合金板材在不同温度及应变率下的成形极限曲线(FLCs),应用改进Hollomon公式获取满足外插可靠度的拟合应力应变,通过有限元分析(FEA)不同椭圆度的椭圆凹模胀形破裂位置,优化工艺参数得到指定应变路径下的成形极限点,建立了液体压力与等效应变及应变率的公式,推导出压力变化率与应变率的定量关系。以应变率控制的椭圆凹模胀形与单拉试验相结合,获得2A16-O铝合金板材在不同温度及应变率下的FLCs,为定量分析应变率的影响规律和评判理论预测方法的准确性提供了依据。      

多传感器多目标系统误差融合估计算法

为解决多传感器组网系统的系统误差估计问题,基于多传感器多目标上报信息,研究并提出了一种多传感器多目标系统误差融合估计算法.算法构建了两级融合结构,即第一级对多传感器组合状态估计信息进行反馈融合以改善局部组合状态估计精度,从而间接改善系统误差的估计精度,而第二级对多目标系统误差估计信息进行融合以进一步提高系统误差的估计精度.蒙特卡洛仿真显示算法能有效融合利用多传感器多目标信息,实现多传感器系统误差的实时精确估计.     

非线性传感器静态特性评估的极限点法

基于对测量过程、测量误差的认识，提出了一种利用极限点法评估非线性传感器静态特性的一种新方法。给出了利用该方法评估非线性传感器的两种模型。并以一电涡流式非线性位移传感器的标定数据进行了计算、分析。     

多GNSS全球电离层建模特性及其精度检验

分别以GPS单系统和融合BDS,GPS,GLONASS三系统两种方案,采用载波相位平滑伪距观测值和球谐函数,构建了全球电离层延迟模型并进行了对比和分析.本文以GPS单系统和融合三系统两种方法反演了2014年1月每日电离层变化过程,解算得出了频间偏差的月综合产品,并对结果进行了对比和分析.事实上,三系统融合不仅增加了可观测的卫星数,而且改善了穿刺点的几何分布.分析结果表明,三系统融合反演全球电离层在精度上优于GPS单系统,均有5~10 TECU的提高.计算得到的频间偏差结果显示,GPS优于GIONASS,BDS稳定性则较次之.     

高温结构可靠性分析的时变响应面法

高温条件下结构的本构方程和承载能力都随时间变化,传统的结构可靠性模型在分析这种时变结构可靠性问题时效率较低.提出一种可用于高温结构可靠性分析的热响应与响应量阈值均随时间变化的时变响应面法.首先,通过引入结构各基本变量与时间的交叉二次函数并结合Box-Behnken试验设计建立结构热响应量的时变模型;进而,以温度为中间变量,建立结构响应量阈值与时间的函数关系,据此得到用随机过程表示的时变极限状态函数.具体给出了基本变量服从正态分布情形下的结构时变可靠度计算方法.算例分析表明该方法切实可行,能够在保证计算精度的基础上大幅提高计算效率.      

求解具有多层试验数据成败型单元混联系统可靠性近似限的信息论方法

研究了求解具有多层成败型试验数据时,系统可靠性置信下限近似解的信息论方法,给出了各层试验数据综合的方法和步骤,推导了各层数据信息论方法折合及综合的计算公式。根据单元试验信息提供的信息量与系统折合试验应提供的信息量相等的原则,将多层试验数据逐级折合为系统的等效成败型数据,导出了等效成败型数据信息论方法折合的基本公式;结合可靠性工程的基本原理,根据单个成败型单元可靠性评定的经典精确置信限方法,给出了系统可靠性置信下限的近似解。并以实例形式说明了该方法的具体应用。     

加速度计参数变化建模方法

通过归纳工程上常用数据建模方法及其应用特点,且结合贮存条件下加速度计零偏和标度因数试验测量数据变化规律,综合给出了建立零偏时间序列模型和标度因数回归模型的详细步骤,并据此建立了贮存条件下加速度计零偏和标度因数的变化模型,所建模型预测的数据与真实数据相比误差很小,充分验证了模型的有效性.所建模型真实地反映了零偏随机性变化规律和标度因数趋势性变化规律的特点,可以为加速度计零偏和标度因数随时间变化的补偿模型提供参考,为加速度计参数长期变化稳定性水平评价提供手段.     

观测资料和卫星钟差对PPP参数收敛影响分析

在GPS 单点定位中, 参数解算的收敛时间和收敛稳定性是重要的研究内容之一, 影响收敛时间和收敛稳定性的因素很多, 本文主要就观测资料的不同采样间隔、卫星钟差资料的不同采样间隔、不同的定位精度要求对精密单点定位中参数收敛时间的影响进行了深入的分析探讨, 以中国上海GPS综合应用网中的12个测站资料为例, 分析了采样间隔、定位精度要求与收敛时间的关系, 并对不同采样间隔的收敛时间进行了统计分析, 得出一些初步结论.     

地面系留对直升机动力响应的影响

 建立了系留状态下直升机旋翼/机体耦合非线性动力学模型,无铰旋翼简化为当量铰刚性桨叶模型,假定机体是刚性体并受起落架和系留索的约束,系留索静态时松弛并只能承受拉力。采用数值仿真研究了系留对模型旋翼地面共振的影响,对初始扰动和旋翼转速对系统动力学行为的影响也进行了仿真研究。对于无系留的模型旋翼来说,在任何转速下没有出现不稳定现象;地面系留时系统会呈现稳定响应、极限环以及大幅值振荡等非线性动力学行为,大幅值振荡将使系留索、接头和支持结构承受破坏性动力载荷。