空间碎片高速斜撞击填充防护结构的损伤与防护特性研究

发布时间：2020-07-24 15:20

【摘要】：20世纪以来人类的太空事业蓬勃发展,空间碎片的数目随之不断增长,空间碎片对在轨航天器安全的威胁问题日益严重。针对空间碎片的防护,工程中已提出多种防护结构方案,纤维布填充防护结构作为其中一种重要的防护形式,得到了广泛的应用。斜撞击则是空间碎片撞击的主要形式,对其进行研究有着重大的工程意义。为提高航天器对毫米级空间碎片的抗撞击能力,研究纤维布填充防护结构的撞击极限特性,并分析碰撞事件中撞击粒子的弹道偏移特性,最终对纤维布填充防护结构在高速斜撞击下的损伤与防护特性进行评估,需在地面进行一系列的高速撞击试验以研究空间碎片斜撞击对纤维布填充防护结构撞击特性的影响。本文主要以空间碎片高速撞击航天器防护结构为应用背景,针对纤维布填充防护结构的斜撞击行为进行实验研究。首先,通过二级轻气炮开展了地面模拟撞击实验,针对两种斜撞击角度,选用四种直径的毫米级铝球弹丸,研究不同直径的铝球弹丸以不同角度高速斜撞击Kevlar纤维布填充防护结构发生临界失效时的撞击极限速度。其次,在利用实验获得了的铝球弹丸高速斜撞击Kevlar纤维布填充防护结构的撞击极限特性数据的基础上,借鉴已有的撞击极限经验公式,提出了适用于以本文纤维布为填充层的填充防护结构的撞击极限经验公式的修正方案。最后,分析了弹丸在高速斜撞击纤维布填充防护结构过程中的弹道偏移及其影响因素,研究了铝球弹丸高速斜撞击情况下前板、填充层及后板的损伤特性,为进一步全面评估纤维布填充防护结构的高速撞击防护特性提供了依据。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V528;V445.1
【图文】：

空间碎片,分类统计,增长情况

图 1-1 空间碎片增长情况分类统计[4]1.2 研究意义本课题主要以我国长期在轨航天器的防护及空间站的维持为出发点，从估，防护效能预测以及碰撞后产生二次碎片等角度，对空间高速斜撞击现象究。

防护结构,纤维布,防护方案

图 1-2 纤维布填充防护结构结构设计不断创新，基于 Whipple 防护结构，进行改良。常用的防护结构方案有单板防护方案，Whipple 防护强肋防护屏 Whipple 防护方案[8]、铝网填充防护方案、 1-1[9][10][11][12]所示。填充结构作为其中最重要的一种防前板纤维布后板

布局图,防护结构,实验舱,国际空间站

图 1-3 国际空间站的美国通用实验舱防护结构布局图于 Whipple 防护结构的损伤分析方面，国内外都有了开展了丰富薄板撞击问题[16]等方面已赶上国外的研究水平，但在填充防护斜撞击领域，其损伤分析仍存在一定的局限，仍需追赶国外学者

【参考文献】