Моделирование баллистической стойкости двойной стенки космических аппаратов при высокоскоростном соударении

Инженерный журнал: наука и инновации

# 11·2016 1

УДК 531.58 DOI 10.18698/2308-6033-2016-11-1554

Моделирование баллистической стойкости

двойной стенки космических аппаратов

при высокоскоростном соударении

, Д.Б. Добрица

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», г. Химки, Московская область, 141400, Россия

Для оценки стойкости элементов конструкции космических аппаратов, находя-

щихся под воздействием метеорно-техногенных частиц, предложена инженерная

методика моделирования для расчета баллистической предельной зависимости

двойной стенки при высокоскоростном соударении. Приведены результаты рас-

четов по рассматриваемой методике для двух вариантов моделей, эквивалентных

типовым элементам конструкции космических аппаратов. В качестве моделей

выбраны фрагменты топливного бака с защитой и профиль радиатора с встроен-

ной тепловой трубой. Проведен анализ применения предложенной методики при

увеличении толщины стенки бампера для конструкции топливного бака, давший

положительный результат. Отмечена обоснованность применения различных

подходов для оценки и снижения риска повреждения космического аппарата от

воздействий метеорно-техногенных частиц: экспериментов по высокоскорост-

ным соударениям, численных методов и инженерных методик.

Ключевые слова:

баллистическое уравнение, высокоскоростное соударение, кос-

мический аппарат, экранная защита, экспериментальные исследования, численное

моделирование.

Введение.

Защита от угрозы воздействия высокоскоростных

фрагментов космического мусора и метеорных частиц на элементы

космического аппарата (КА) основана на процедуре оценки и сниже-

ния риска от таких воздействий. Если уязвимые компоненты КА

идентифицированы, для них находят баллистические предельные

уравнения (БПУ) — аналитические уравнения, определяющие порог

непробоя высокоскоростными частицами для систем или компонен-

тов КА. Для формулировки и проверки БПУ в рамках данной проце-

дуры проведены тестирование высокоскоростных соударений на бал-

листических установках, численное моделирование, использованы

полуэмпирические подходы и другие аналитические методы.

Основы механики деформируемого твердого тела систематизиро-

вано изложены в работе [1]. Алгоритм численного расчета двумер-

ных упруго-пластических течений на основе метода конечных объе-

мов рассмотрен в [2], основы численного моделирования задач из

разных областей механики деформируемого твердого тела, жидкости

и газа, в том числе трехмерных, — в работе [3]. Важность использо-

вания математического моделирования физических процессов и яв-