玄武巖纖維布-鋁絲網(wǎng)組合材料的空間碎片防護(hù)結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以后，世界航天事業(yè)繼續(xù)飛速發(fā)展，但其帶來的副產(chǎn)品—“空間碎片”問題也愈發(fā)嚴(yán)重，對在軌航天器及航天員造成巨大的威脅。在現(xiàn)有航天器防護(hù)結(jié)構(gòu)逐漸不能夠滿足防護(hù)要求的前提下，應(yīng)用具有更佳防護(hù)性能的新材料成為當(dāng)務(wù)之急。本文對玄武巖纖維布和鋁絲網(wǎng)的防護(hù)特性進(jìn)行了介紹，并對玄武巖纖維布/鋁絲網(wǎng)組合防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行超高速撞擊特性研究。
　　本研究在對當(dāng)今航天器常用的幾種防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)研后，設(shè)計(jì)了四種總面密度相同的玄武巖纖維布/鋁絲網(wǎng)組合防

2、護(hù)結(jié)構(gòu)，即玄武巖纖維布/鋁絲網(wǎng)作第一層防護(hù)屏或填充層的Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格雙防護(hù)結(jié)構(gòu)，多層沖擊結(jié)構(gòu)。利用二級輕氣炮對這四種防護(hù)結(jié)構(gòu)及相同面密度的典型鋁板 Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了超高速撞擊地面模擬實(shí)驗(yàn)，分析了撞擊速度對各防護(hù)結(jié)構(gòu)防護(hù)性能的影響。在撞擊速度相近時(shí)，對每種結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能做了對比，發(fā)現(xiàn)4種組合防護(hù)結(jié)構(gòu)的性能明顯好于典型鋁板Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)。并且在低速段，撞擊速度在2 km/s到3.5 km/s之間，玄武巖纖維

3、布/鋁絲網(wǎng)組合層作填充層的防護(hù)結(jié)構(gòu)的防護(hù)效果稍微好于其它三種；在高速段，撞擊速度在3.5 km/s到5.5 km/s之間，玄武巖纖維布/鋁絲網(wǎng)組合層作填充層的防護(hù)結(jié)構(gòu)的防護(hù)效果明顯好于其它三種，玄武巖纖維布/鋁絲網(wǎng)作第一層防護(hù)屏的防護(hù)結(jié)構(gòu)次之，多層沖擊結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格雙防護(hù)結(jié)構(gòu)最差。應(yīng)用三維繪圖軟件CATIA對鋁合金絲網(wǎng)及玄武巖纖維布完成了幾何建模，應(yīng)用LS-DYNA軟件進(jìn)行了超高速撞擊數(shù)值仿真，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了玄武巖纖維布幾何模型及材料模型的