玄武岩纤维布/铝丝网组合材料的空间碎片防护结构研究
进入21世纪以后，世界航天事业继续飞速发展，但其带来的副产品—“空间碎片”问题也愈发严重，对在轨航天器及航天员造成巨大的威胁。在现有航天器防护结构逐渐不能够满足防护要求的前提下，应用具有更佳防护性能的新材料成为当务之急。本文对玄武岩纤维布和铝丝网的防护特性进行了介绍，并对玄武岩纤维布/铝丝网组合防护结构进行超高速撞击特性研究。 本研究在对当今航天器常用的几种防护结构进行调研后，设计了四种总面密度相同的玄武岩纤维布/铝丝网组合防护结构，即玄武岩纤维布/铝丝网作第一层防护屏或填充层的Whipple防护结构，网格双防护结构，多层冲击结构。利用二级轻气炮对这四种防护结构及相同面密度的典型铝板 Whipple防护结构进行了超高速撞击地面模拟实验，分析了撞击速度对各防护结构防护性能的影响。在撞击速度相近时，对每种结构的防护性能做了对比，发现4种组合防护结构的性能明显好于典型铝板Whipple防护结构。并且在低速段，撞击速度在2 km/s到3.5 km/s之间，玄武岩纤维布/铝丝网组合层作填充层的防护结构的防护效果稍微好于其它三种；在高速段，撞击速度在3.5 km/s到5.5 km/s之间，玄武岩纤维布/铝丝网组合层作填充层的防护结构的防护效果明显好于其它三种，玄武岩纤维布/铝丝网作第一层防护屏的防护结构次之，多层冲击结构与网格双防护结构最差。应用三维绘图软件CATIA对铝合金丝网及玄武岩纤维布完成了几何建模，应用LS-DYNA软件进行了超高速撞击数值仿真，通过实验验证了玄武岩纤维布几何模型及材料模型的有效性。通过数值仿真方法，研究了纯玄武岩纤维布对弹丸动能的消耗能力，分析了组合结构中玄武岩纤维布的安放位置对防护性能的影响。
空间探测器;碎片撞击;防护结构;航天器设计
哈尔滨工业大学
硕士
飞行器设计
庞宝君
2011
中文
V423.6;V423.41
33
2013-03-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）