空间环境对混合多屏防护结构性能影响研究

发布时间：2017-11-08 04:02

  本文关键词：空间环境对混合多屏防护结构性能影响研究

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【摘要】：空间环境是太空资源的重要组成部分,同时亦是诱导航天器在轨故障甚至失效的主要原因。空间碎片是空间环境中最具危害性的环境之一,多年来曾发生过数起在轨航天器碰撞事件。因此长期以来,航天工程师们在设计航天器防护结构的过程中基本上只关注其防护空间碎片瞬时机械撞击的性能,却很少注意自然空间环境对航天器防护结构长时间作用的累积损伤。然而,由于近年来载人航天技术的发展和对新型航天器高性能、长寿命及高可靠性的要求,在设计这些航天器时必需对自然空间环境作用在航天器防护结构整体防护性能上的影响给予足够的考虑,以期设计出满足特定航天任务需求的高性能防护结构,保证相应的航天任务能够顺利地执行。本文以空间碎片防护为工程背景,借助超高速撞击实验技术,利用数据标定和比较分析的实验方法,研究诸如极端温度、热循环和辐射等自然空间环境对混合多屏防护结构整体防护性能的影响方式及损伤程度,以期发现其累积损伤对玄武岩和Kevlar等编织物防护材料抵抗高速弹丸冲击能力的影响,为今后航天器防护结构的设计及优化提供详实可靠的参考依据。文章主要包括以下几方面的内容:首先,根据弹道极限经验方程对实验配置参数下的混合多屏防护结构进行了标定实验,积累了覆盖1.440km/s~3.516km/s速度范围的高速撞击数据,从中确定了其在弹道段和破碎段的撞击极限,为后续研究提供了速度基准,并利用其修正了弹道极限经验曲线。其次,为研究空间温度环境对混合多屏防护结构防护性能的影响,在基准极限速度的基础上开展了模拟太空温度环境损伤撞击实验,包括极端温度下对混合多屏防护结构的撞击,以及经热循环处理靶材构成的靶件在高温、常温和低温下的撞击实验。根据对实验数据的统计及比较分析发现,高温和热循环会导致编织材料性能降级,从而使得混合多屏防护结构在弹道段和破碎段的整体防护性能有不同程度的退化,低温则具有与之相反的结论。此外,极端温度和热循环对编织材料的损伤存在耦合效应,耦合作用的结果使得其性能降级得到一定程度的缓解。随后,为研究空间辐射环境及混合效应损伤对混合多屏防护结构防护性能的影响,实施了模拟太空高能电子辐射和混合效应损伤撞击实验,涵盖了经电子辐射处理靶材组成的靶件在高温、常温和低温下的撞击实验。实验结果表明,高能电子辐射也会对编织材料的防护性能造成一定程度的损伤,并在破碎段表现得尤为明显。而高温与电子辐射损伤之间存在耦合效应,耦合作用使得玄武岩破碎弹丸的性能大幅度下降。确定低温与电子辐射损伤之间的耦合效应仍需进一步实验研究,但已获得的实验数据巩固了低温增强防护结构性能的结论。最后,文章总结了本次研究所得出的具有实际工程参考价值的主要结论,给出了几种提高自然空间环境损伤情况下航天器防护结构防护性能的方法,并指出了本文存在的不足和仍需进一步深入研究的方向。
【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】：2015
【分类号】：V528;V445.1

【参考文献】

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本文编号：1155473