Численное моделирование высокоскоростного ударного воздействия на конструкцию космических аппаратов

Численное моделирование высокоскоростного ударного воздействия на конструкцию космических аппаратов

Автор: Федоров Михаил Юрьевич, Краус Евгений Иванович, Шабалин Иван Иванович

Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia

Рубрика: Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Статья в выпуске: 3 (34), 2021 года.

Бесплатный доступ

Техногенное засорение околоземного космического пространства представляет собой реальную угрозу функционированию космических аппаратов (КА), в т. ч. и реальную угрозу повреждения и разрушения советских космических аппаратов с бортовыми ядерными энергетическими установками (ЯЭУ), прекратившими активное существование три десятилетия назад. Столкновение космического мусора с элементами конструкции КА может как иметь катастрофические последствия, так и вызывать локальные повреждения (например, пробой элементов обеспечения теплового режима), которые влекут за собой потерю работоспособности аппарата или утрату некоторых функций. В случае КА с ЯЭУ ударное воздействие на конструкцию может приводить к образованию осколков с остаточной радиоактивностью, что требует постоянного внимания к состоянию аппаратов этого типа на орбитах «захоронения». Чтобы прогнозировать возникновение фрагментов космического мусора в околоземном космическом пространстве, оценивать живучесть КА, а также разрабатывать технические средства защиты, создан программный комплекс REACTOR, позволяющий решать с помощью настольного компьютера задачи расчёта последствий ударного воздействия на сложные технические объекты с функцией подсчёта количества образовавшихся фрагментов (осколков) и спектров их скоростей. В качестве объекта исследования построена схематичная модель КА и модель реактора космической ЯЭУ, выполнены расчёты. В результа те расчётов получены качественные и количественные характеристики образовавшихся фрагментов.

Еще

Космический мусор, космический аппарат, столкновение, программный комплекс, компьютер, фрагменты, модели, расчёты, ядерная энергетическая установка

Короткий адрес: https://sciup.org/143178157

IDR: 143178157   |   DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2021-3-24-36

Список литературы Численное моделирование высокоскоростного ударного воздействия на конструкцию космических аппаратов

  • Anz-Meador P.D., Chobotov V.A., Flury W, Kiselev A.B., Nazarenko A.I., Nikitin V.F., Potter A.E., Smirnov N.N., Yasaka T. Space debris-hazard evaluation and mitigation. New York: Taylor and Francis, 2002. 229 p.
  • History On-orbit Satellite Fragmentation. 13-th Edition // NASA JSC, Houston, May 2004, JSC 62530.
  • A publication of the NASA Orbital Debris Program Office. February 2018. V. 22. Issue 1.
  • Воздействие ракетно-космической техники на окружающую среду // Под общ. ред. В.В. Адушкина, С.И. Козлова, М.В. Сильникова. М.: ГЕОС, 2016. 795 с.
  • ГОСТ Р 25645.167-2005. Космическая среда (естественная и искусственная). Модель пространственно-временного распределения плотности потоков техногенного вещества в космическом пространстве. М.: Стандарт-информ, 2005.
  • Fedorov M.Yu., Kraus E.I., Shabalin I.I. Investigation of the effects of space debris on the elements of thermal regime systems of spacecraft // AIP Conference Proceedings 2017. 030177 (2018). DOI: 10.1063/1.5065271. View Table of Contents: http://aip.scitation.org/toc/apc/ 2027/1. Published by the American Institute of Physics.
  • Назаренко А.И., Гринберг Э.И., Николаев В.С. и др. Космические аппараты с ЯЭУ и проблемы космического мусора // Международная конференция «Ядерная энергетика в космосе-2005», Москва-Подольск, 1-3 марта 2005 г.: Сб. докл. в 3 т. М.: Изд-во ГУП НИКИЭТ, 2005.
  • Федоров М.Ю., Краус Е.И., Шабалин И.И. Моделирование ударных воздействий на конструкцию в проблеме обеспечения безопасности космических ЯЭУ // Вестник МАИ. 2009. Т. 16. № 3. С. 49-53.
  • Андреев П.В., Васильковский В.С., Кашелкин В.В., Соколов Н.А., Страхов Е.М., Федоров М.Ю. Исследования разрушения космических ядерных энергетических установок в аварийных ситуациях и обоснование систем и средств обеспечения безопасности // Известия Алтайского государственного университета. 2014. № 1-1(81). С. 137-139.
  • Федоров М.Ю., Краус Е.И., Шабалин И.И. Анализ последствий аварий, приводящих к падению реактора космической ядерной энергоустановки на Землю // Труды МАИ. 2015. Вып. 82. С. 7.
  • Wilkins M.L. Computer simulation of dynamic phenomena. 1999. 246 р.
  • Фомин В.М., Гулидов А.И., Садырин А.И. Высокоскоростное взаимодействие тел. Новосибирск: СО РАН, 1990. 600 с.
  • Kraus E.I., Shabalin I.I. A few-parameter equation of state of the condensed matter // J. Phys. Conf. Ser. 2016. V. 774. № 1. P. 012009.
  • Краус Е.И., Фомин В.М., Шабалин И.И. Динамический метод построения треугольных сеток в многосвязных областях // Вычислительные технологии. 2009. Т. 14. № 5. C. 40-48.
  • Kraus E.I., Shabalin I.I., Shabalin T.I. Automatic tetrahedral mesh generation for impact computations // AIP Conference Proceedings. 2017. V. 1893. P. 030129.
  • Kraus E.I., Shabalin I.I., Shabalin T.I. Numerical simulation of deformation and failure processes of a complex technical object under impact loading // J. Phys. Conf. Ser. 2018. V. 991. № 1. P. 012048.
  • Краус Е.И., Фомин В.М., Шабалин И.И. Модельные уравнения термодинамических функций состояния веществ. 1. Твёрдое тело // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. С. 285-288.
  • Краус Е.И. Малопараметрическое уравнение состояния твёрдого вещества при высоких плотностях энергии // Вестник НГУ. Сер. Физика. 2007. Т. 2. № 2. С. 65-73.
  • Гулидов А.И., Шабалин И.И. Численная локализация граничных условий в динамически контактных задачах. Новосибирск: Препринт, 1987. 38 с.
  • Kraus E.I., Shabalin I.I. Impact loading of a spase nuclear powerplant // Frattura ed Integrita Strutturale. 2013. V. 24. P. 138-150.
  • Kraus E.I., Shabalin I.I. REACTOR2D: A tool for simulation of shock deformation // AIP Conf. Proc. 2016. 1770. P. 30092.
  • Kraus E.I., Shabalin I.I., Shabalin T.I. Numerical modeling of deformations and fracture of condensed media under impact loading // AIP Conf. Proc. 2017. 1893. P. 30128.
  • Краус Е.И. Малопараметрическое уравнение состояния ударной адиабаты и применение его в задачах удара: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. 01.02.04. Новосибирск: ИТПМ им. С.А. Христиановича СО РАН, 2006. 18 с.
  • Гулидов А.И., Киселев В.В., Шабалин И.И. Численные и экспериментальные исследования процесса отскока при соударении пластин // Численные методы решения задач теории упругости и пластичности: Материалы X Всесоюз. конф. Новосибирск: ИТПМ СО АН СССР, 1988. С. 65-69.
  • Kraus E, Shabalin I. Comparison of the resistance of monolithic and layered heterogeneous barriers to penetration by rigid and deformable strikers with an ogival nose based on numerical simulation // EPJ Web of Conferences. 2019. V. 221. P. 01022.
  • Dey S, Borvik T. Ballistic Penetration and Perforation of Layered Steel Plates: An Experimental and Numerical Investigation // 23rd International Symposium on Ballistics - Madrid: Francisco Galvez, 2007. P. 1365-1372.
  • Kraus A.E., Kraus E.I., Shabalin I.I. Numerical simulation of the high-speed interaction of a spherical impactor with a system of spaced heterogeneous plates //J. Phys.: Conf. Ser. 2019. 1404. 012026.
  • Bashurov V.V., Bukharev Yu.N., Tereshin A.I., Tverskov A.V. Modern methods for designing and testing rocket and artillery weapons. 2003. 1. P. 23-33.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp