[发明专利]一种超高速碰撞空间碎片云仿真计算方法及装置

说明书

本发明涉及航天技术领域一种超高速碰撞空间碎片云仿真计算方法及装置，所述方法包括：建立弹丸与靶板的三维几何模型，对所述模型进行网格划分，将每个网格对应一个SPH粒子，读取初始参数赋值给所述SPH粒子，搜索所述SPH粒子邻近的粒子以及SDPH粒子邻近的粒子，基于搜索结果计算所述SPH粒子的更新参数以及所述SDPH粒子的更新参数，判断SPH粒子是否转化为SDPH粒子；若否，则利用SPH粒子的更新参数更新SPH粒子参数；若是，利用SDPH粒子的更新参数计算方法计算获得的所述SDPH粒子的更新参数更新所述SDPH粒子参数，在上述循环计算结束后，可视化展示碎片云形态分布及尺度分布。本发明降低了计算量，具有更好的准确性。

技术领域

本发明属于航天领域，具体涉及一种超高速碰撞空间碎片云仿真计算方法及装置。

背景技术

随着航天技术的高速发展，大量空间碎片被遗留在地球近地轨道，这些具有超高速度的空间碎片对航天器的安全有着重大威胁。在航天器舱壁外加装缓冲防护屏的技术是一种有效的航天器防护技术。其防护机理是：空间碎片撞击穿透防护屏后，会破碎成大量更细小的碎片，破碎后的碎片在宏观上形如云团，被称为碎片云。碎片云的形成使得空间碎片的动能被高度分散，并以热能的形式部分耗散，能够大幅降低空间碎片对航天器的破坏强度。

超高速碰撞空间碎片云的运动过程的研究方法主要有两种：

第一种是实验法，基于超高速碰撞空间碎片云的物理过程建立弹丸撞击靶板的局部模型，搭建超高速碰撞实验台，通过高速摄像机捕捉弹体撞击靶板时的撞击过程以及碰撞后的形成碎片云的扩散形态。该方法的缺点在于：实验装置体积大、搭建耗时耗力，实验结果带有随机性，且通过实验手段难以获得碰撞过程中的力学参数以及碎片云中碎片的尺度分布等。

第二种是数值模拟方法，目前对超高速碰撞的空间碎片云的数值模拟大多采用光滑粒子流体动力学方法（SPH，Smoothed Particle Hydrodynamics）或者离散元方法（DEM，Discrete Element Mehod），前者难以精确追踪碎片云形成过程中的大量离散碎片的运动，后者则是对计算资源的消耗过大，难以用于实际工程。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种超高速碰撞空间碎片云仿真计算方法，以解决现有技术提出的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案:

本发明一个实施例提供一种超高速碰撞空间碎片云仿真计算方法，所述方法用于模拟超高速碰撞空间碎片云的形成及运动过程，获得所述碎片云的形态分布及尺度分布，所述方法包括：

步骤1、建立弹丸与靶板的三维几何模型，对所述模型进行网格划分，将每个网格对应一个光滑粒子流体动力学SPH粒子；

步骤2、读取初始参数赋值给所述SPH粒子；

步骤3、搜索所述SPH粒子邻近的粒子，若搜索到光滑离散颗粒流体动力学SDPH粒子，则搜索所述SDPH粒子邻近的粒子；

步骤4、基于搜索结果计算所述SPH粒子的更新参数以及计算所述SDPH粒子的更新参数；

步骤5、判断SPH粒子是否转化为SDPH粒子；若否，则利用计算获得的所述SPH粒子的更新参数更新SPH粒子参数；若是，利用SDPH粒子的更新参数计算方法计算获得的所述SDPH粒子的更新参数更新所述SDPH粒子参数；

循环执行上述步骤3～步骤5，直到达到预设时长：

步骤6、在上述循环计算结束后，根据更新后的SPH粒子参数及更新后的SDPH粒子参数可视化展示碎片云形态分布及尺度分布。

可选的，所述初始参数包括：

弹丸撞击靶板过程中状态方程中的参数；及

弹丸撞击靶板的本构模型中的参数。

可选的，所述基于搜索结果计算所述SPH粒子的更新参数的步骤包括：