超高速撞击下航天器Nextel/Kevlar填充式防护结构的结构优化设计研究

摘要

为提升航天器在超高速撞击环境下的结构防护性能并实现轻量化设计,本文针对Nextel/Kevlar填充式防护结构,建立了包含球形弹丸与防护结构在内的三维数值模型,并对撞击过程进行了模拟.研究采用拉丁超立方采样方法,在防护结构的四个关键结构参数组成的设计空间内生成样本点,并基于LS-DYNA获取对应的动能响应数据.以动能损失为响应输出,构建克里金近似模型以高效替代显式动力学仿真.进一步,以最小化结构面密度、最大化弹丸动能损失为优化目标,采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法开展结构优化设计.优化结果表明,在确保防护性能的前提下,结构的面密度降低约2.56%,弹丸动能损失提升约1.91%.研究结果验证了克里金模型的预测能力及多目标优化策略的有效性.

关键词

Nextel/Kevlar填充式防护结构 / 空间碎片 / 太空交通 / 超高速撞击 / 克里金模型 / 多目标遗传算法