Численное исследование стойкости стеклянных элементов космических аппаратов при взаимодействии с высокоскоростными частицами


Авторы

Добрица Д. Б.*, Ященко Б. Ю.

Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина, ул. Ленинградская, 24, Химки, Московская область, 141400, Россия

*e-mail: DobritsaDB@laspace.ru

Аннотация

Работа посвящена исследованию высокоскоростных соударений высокоскоростных частиц со стеклянными элементами космических аппаратов. С помощью методики численного моделирования, базирующейся на использовании сеточного лагранжева метода Уилкинса, решены задачи одиночного и группового соударения шариков из различного материала, имитирующих частицы космического мусора или микрометеороиды, со стеклянными пластинами и моделью ячейки солнечной батареи космического аппарата. Валидация применяемых численных методов и алгоритмов проводилась путем сопоставления с экспериментальными данными, а также баллистическими уравнениями, характеризующими глубину проникания высокоскоростной частицы в полубесконечную стеклянную мишень.

Ключевые слова:

высокоскоростное соударение, космический мусор, напряженно-деформированное состояние, ячейка солнечной батареи, численное моделирование

Библиографический список

  1. Vedder J.F., Mandeville J.C. Microcraters Formed in Glass by Projectiles of Various Densities // Journal of Geophysical Research. 1974. Vol. 79. Iss. 23. P. 3247-3256. DOI: 10.1029/JB079i023p03247

  2. Smirnov V.M., Semenov A.S., Sokolov V.G., Konoshenko V.P., Kovalyov I.I. Study of Micrometeoroid and Orbital Debris Effects on the Solar Panels Retrieved from the Space Station «MIR» // Space Debris. 2000. Vol. 2. Iss. 1. P. 1-7. DOI: 10.1023/A:1015607813420

  3. Mandeville J.C., Perrin, J.M., Vidal L. Experimental hypervelocity impacts: Implication for the analysis of material retrieved after exposure to space environment // Acta Astronautica. 2020. Vol. 167. P. 429-439. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.11.020

  4. Alwes D. Columbus-viewport glass pane hyper velocity impact testing and analysis // International Journal of Impact Engineering. 1990. Vol. 10. Iss. 1-4. P. 1–22. DOI: 10.1016/ 0734-743X(90)90045-W

  5. Taylor E.A., Tsembelis K., Hayhurst C.J., Kay L., Burchell M.J. Hydrocode modelling of hypervelocity impact on brittle materials: Depth of penetration and conchoidal diameter // International Journal of Impact Engineering. 1999. Vol. 23. No. 1. Part II. P. 895-904.

  6. Герасимов А.В., Пашков С.В., Христенко Ю.Ф., Черепанов Р.О. Сеточное и бессеточное моделирование удара группы частиц космического мусора по стеклу // Омский научный вестник. 2015. № 3 (143). С. 316-319.

  7. Добрица Д.Б., Ященко Б.Ю. Численное моделирование процесса взаимодействия высокоскоростного ударника с преградой с использованием трехмерной тетраэдральной разностной сетки // X Всероссийская научная конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики (ФППСМ-2018)» (3-5 сентября 2018 г., Томск): cборник трудов. Томск: Томский государственный университет, 2018. С. 94-96.

  8. Высокоскоростной удар. Моделирование и эксперимент / под ред. А.В. Герасимова. Томск: Издательство научно- технической литературы, 2016. 568 с.

  9. Wilkins M.L. Computer simulation of dynamic fenomena. Berlin – Heidelberg – New-York, Springer, 1999. 246 p.

  10. Галанин М.П., Щеглов И.А. Разработка и реализация алгоритмов трехмерной триангуляции сложных пространственных областей: прямые методы. Москва, 2006. 32 с. (Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша; № 10).

  11. Фомин В.М., Гулидов А.И., Сапожников Г.А., Шабалин И.И., Бабаков В.А. и др. Высокоскоростное взаимодействие тел. Новосибирск: Издательство СО РАН, 1999. 600 с.

  12. Johnson G.R., Colby D.D., Vavrick D.J. Tree-dimensional computer code for dynamic response of solids to intense impulsive loads // International Journal Numerical Methods Engineering. 1979. Vol 14. No. 12. P. 1865-1871.

  13. Johnson G.R., Holmquist T.J. An improved computational constitutive model for brittle materials // AIP Conference Proceedings. 1994. Vol. 309. Iss. 1. P. 981–984. DOI: 10.1063/1.46199

  14. Егорова М.С., Паршиков А.Н. Численное моделирование разрушения хрупких материалов методом SPH // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2015. Т. 16. Вып. 4. C. 1-8.

  15. Ryan, Conor. Momentum Transfer due to Hypervelocity Impacts into Spacecraft Solar Arrays. Delft University of Tech- nology, Faculty of Aerospace Engineering. Delft, 2022. 114 p. URL: http://resolver.tudelft.nl/uuid:f797456a-4880-4976-be3a-312c5c9286ea (дата обращения: 04.05.2023).

  16. Gault D.E. Displaced mass, depth, diameter and effects of oblique trajectories for impact craters formed in dense crystalline rocks // The Moon. 1973. Vol. 6. P. 32–44. DOI: 10.1007/BF02630651

  17. Yu Shanbing, Sun Gengchen, Tan Qingming. Experimental laws of cratering for hypervelocity impacts of spherical projectiles into thick target // International Journal of Impact Engineering. 1994. Vol 15. Iss. 1. P. 67-77. DOI: 10.1016/ S0734-743X(05)80007-7

  18. Савиных А.С., Гаркушин Г.В., Разоренов С.В., Канель Г.И. Продольная и объемная сжимаемость натриево-известкового стекла при давлениях до 10 GPa // Журнал технической физики. 2007. Т. 77. Вып. 3. С. 38-42.

  19. Воронцова Е.О., Лукьяненко М.В., Крючков П.А. Оценка целостности фотопреобразователей солнечных батарей, применяемых на перспективных космических аппаратах // Сибирский журнал науки и технологий. 2018. Т. 19. № 4. С. 624–630. DOI: 10.31772/2587-6066-2018-19-4-624-630

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024