压力容器是国际组织IADC航天器空间碎片超高速撞击易损性分析的重点关注部组件之一。暴露于空间碎片环境的压力容器特别是充气压力容器一旦被空间碎片撞击,不仅因穿孔导致内充气体泄漏使其功能丧失,甚至由于充气介质的内压作用其成坑等损伤可能作为裂纹源失稳扩展导致爆裂解体而产生更多碎片,既威胁航天器其它部组件的安全也将进一步污染空间环境。充气压力容器超高速撞击损毁动力学行为极其复杂,是典型的瞬态、非线性过程。尤其是,作为承压结构其前壁穿孔后将产生二次碎片云和沿器壁传播的应力波,内充气体中高速运动的二次碎片云还将产生气体冲击波,后壁甚至是压力容器的损毁行为是上述次生力学环境因素与承压结构膜应力等耦合作用的结果。与多层防护结构相比,充气压力容器损毁过程更为繁复,将呈现更为多样的损毁模式,其中内充气体压力是重要的影响参数之一。掌握各次生力学环境的产生、运动与传播特性及其对后壁的独立或耦合致损效应是探明压力容器损毁模式和损毁机制的前提和必须解决的重要问题。空间碎片超高速撞击属于极端力学环境,目前尚未建立完善的理论体系,地面模拟试验是最直观有效的手段。然而,对于金属制压力容器,由于其“非透明”性,现有测试手段尚难于直接试验获取位于其内部的二次碎片云和气体冲击波等次生力学环境的运动传播特性。拟在实现次生力学环境参数试验测量的基础上,结合数值仿真和理论分析的技术手段,探究各次生力学环境因素的致损效应,掌握各力学环境因素耦合致损过程。主要研究工作如下:实现密闭充气压力容器内二次碎片云和气体冲击波运动学参数的试验测量。基于变量分离的思想,提出采用以试验测试为基础开展充气压力容器致损效应的研究方案。设计并研制了压力容器模拟装置,通过透射窗实现二次碎片云运动演化特性的X射线拍摄,通过内置观察板实现二次碎片云对后壁致损效应的试验测量,通过内置PVDF压电传感器实现对气体冲击波参数测量和其与二次碎片云运动学关系的试验观测。获取二次碎片云在内充气体介质中的产生、运动演化及其致损特性。基于压力容器模拟装置开展系列超高速撞击试验,通过X光拍摄获得了二次碎片云的时空影像和传播特性。结果表明,在弹速等撞击参数和容器壁厚等结构参数保持不变的前提下,内充气体压力增高对二次碎片云的初始形态和速度没有影响,但是对二次碎片云运动速度衰减和形态扩展的阻碍作用增强,因而二次碎片云对观察板成坑或穿孔的致损能力减弱;观察板的损毁程度和范围随弹丸速度的增加呈现先加剧再减弱再加剧的特性。获取气体冲击波的传播演化及其致损特性。基于压力容器模拟装置开展典型工况下的超高速撞击试验,通过内置PVDF压电传感器获得气体冲击波特性参数及其与二次碎片云时序关系。在对所建立的数值仿真模型有效性验证的基础上,通过数值仿真并辅以经验公式实现了内充气体介质中气体冲击波传播演化特性及其对后壁致损特性的获取。结果表明,气体冲击波紧邻二次碎片云并位于其前端,其强度随着内充气体压力增高和弹速增加而增大,气体冲击波对后壁的致损效应与二次碎片云撞击成坑或穿孔具有较明显的分散性分布不同,可能在局部区域呈现塑性鼓包等连续性损毁模式。球形充气压力容器损毁效应研究。通过系列超高速撞击试验获取球形压力容器损毁特性,并通过沿器壁布设的PVDF压电传感器掌握了器壁应力波的传播特性。进而通过数值仿真深入分析了内充气体压力等参数对前壁穿孔特性、应力波传播特性等影响规律,建立了计及内充气体压力的前壁穿孔经验公式,综合分析了次生力学环境对后壁致损过程并初步给出基于时序特性的致损效应评估方法。结果表明,内充气体压力增加对球形压力容器前壁穿孔具有扩孔作用,但是由于二次碎片云运动速度衰减效应增强,对后壁成坑或穿孔等致损效应减弱,与此同时也提高了产生撕裂损毁模式的风险;器壁应力波传播速度仅与器壁材料相关,沿器壁传播路径应力波幅值呈现先“扩散”后“汇聚”的演化规律;各次生力学环境到达后壁的时序特性决定了其对后壁致损的过程,也影响着充气压力容器的损毁模式。通过以球形充气压力容器为对象的综合分析可见,基于各次生力学环境到达后壁的时序特性并结合内充气体压力参数对致损效应的影响规律可以初步实现对充气压力容器损毁模式的评估。压力容器模拟装置的设计研制为压力容器超高速撞击次生力学环境传播演化和致损效应评价提供了试验手段,掌握二次碎片云、气体冲击波等次生力学环境的传播与致损特性为揭示损毁效应力学机制提供了理论基础,基于时序特性的损毁效应评估方案为充气压力容器损毁效应评估提供了技术路线参考。研究成果可以为航天器压力容器类部件被撞击后的生存力评估及其压力容器设计参数选择与防护方案设计等工程应用提供理论依据和技术手段。同时,对进一步改进解体模型进而完善空间碎片环境工程模型也具有一定的参考价值。