CN101603799A - 新型梯度复合空间防护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型梯度复合空间防护结构，包括功能层和基体层，功能层由2层以上的层合或梯度复合层构成、或功能层为单层结构。本发明在保持防护结构重量基本不增加的前提下，通过对防护前板结构进行改进，并用强度和硬度更高的材料来替换或部分替换铝合金材料，在保持防护结构重量基本不增加的前提下可有效破碎撞击来的碎片。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型梯度复合空间防护结构。
背景技术
在抗空间碎片撞击的防护结构中，前板在防护空间碎片冲击过程中起到极为关键的作用。其主要作用是击碎撞击来的空间碎片，使碎片破碎，同时撞击产生的绝热温升使碎片液化或汽化，从而达到减缓碎片对被防护的主体结构的损毁的目的。从轻质的角度来看，经典的Whipple双层板防护结构选用一单层铝合金板为前板。铝合金材料的破坏强度一般相对较低，从更有效击碎撞击来碎片的角度来看，它的强度显然还不足够高。而多层Whipple、填充式Whipple结构等其前板也均为单一铝合金板，这些前板均存在防护强度不够的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种经过改进、对空间碎片拦截作用更大的新型梯度复合空间防护结构。
本发明在保持防护结构重量基本不增加的前提下，通过对防护前板结构进行改进，并用强度和硬度更高的材料来替换或部分替换铝合金材料，在保持防护结构重量基本不增加的前提下可有效破碎撞击来的碎片。
为实现上述目的，本发明新型梯度复合空间防护结构，包括功能层和基体层，功能层由2层以上的层合或梯度复合层构成、或功能层为单层结构。
进一步，所述功能层包括表层，该表层的强度大于铝合金材料的强度，硬度大于铝合金材料的硬度，所述功能层的厚度在0.01～2.0mm之间。
进一步，所述功能层采用非晶合金、陶瓷或晶态合金材料制成，其强度范围为0.5-5.0GPa，硬度范围为2-30GPa。
进一步，所述功能层各层的性能为连续梯度变化、或为间断变化。
进一步，所述功能层各层的性能为连续梯度地由强到弱变化、或为间断地由强到弱变化。
进一步，所述功能层各层的性能为连续梯度地由弱到强变化、或间断地由弱到强变化。
进一步，所述功能层各层的性能为强-弱-强-弱相间变化。
进一步，所述功能层各层的性能为弱-强-弱-强相间变化。
进一步，所述功能层各层的性能为弱-强-强-弱相间变化。
进一步，所述功能层各层的性能为强-弱-弱-强相间变化。
本发明在保持防护结构重量基本不增加的前提下，通过对防护前板结构进行改进，并用强度和硬度更高的材料来替换或部分替换铝合金材料，在保持防护结构重量基本不增加的前提下可有效破碎撞击来的碎片。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为功能层为复合结构的示意图；
图3为本发明工作状态结构示意图。
具体实施方式
本发明新型梯度复合防护结构可用作Whipple防护前板。如图1、图2、图3所示，本发明新型梯度复合防护结构，包括功能层1和基体层2。制备功能层1的方法包括爆炸喷涂、等离子喷涂、等离子熔覆、激光熔覆、激光硬化、微弧氧化。功能层1采用高强度和高硬度材料制成，如非晶合金、陶瓷、晶态合金等材料制成，其强度范围为0.5-5.0GPa，硬度范围为2-30GPa。功能层1由2层以上的层合或梯度复合层构成、或功能层为单层结构，功能层的厚度在0.01～2mm之间。功能层包括表层，该表层的强度大于铝合金材料的强度，硬度大于铝合金材料的硬度。
功能层各层的性能为连续梯度地由强到弱变化、或为间断地由强到弱变化；功能层各层的性能为连续梯度地由弱到强变化、或间断地由弱到强变化。其有以下结构形式：
1)功能层各层的性能为强-弱-强-弱相间变化；
2)功能层各层的性能为弱-强-弱-强相间变化；
3)功能层各层的性能为弱-强-强-弱相间变化；
4)功能层各层的性能为强-弱-弱-强相间变化。
本发明新型梯度复合防护结构虽然改变了防护前板的结构，但其体积、质量、占据空间等方面均有优势。体积：其厚度与传统防护结构前板厚度相当，因此其不会增加防护前板的体积。质量：本发明新型梯度复合防护结构的密度与传统铝合金板的密度基本相当，不会增加质量。占据空间：以梯度复合防护结构作为防护结构前板，所占用空间与传统铝合金前板相当，小于并优于离散多层板防护结构。
本发明采用的复合前板把功能层的高强度、高硬度与基体材料良好的延性结合起来，击碎空间碎片效果好，本身形成碎片云对背板威胁小；功能层材料选择可以影响碎片云形成，增大碎片云扩散角度，令碎片云膨胀速度低，从而弱化碎片云对背板3的损伤。
实施例1
采用70×70mm的复合前板，基体材料为LY12，基体厚度为2.85mm，功能层材料为铁基非晶合金，功能层厚度为0.15mm。进行梯度复合防护结构超高速撞击实验，弹丸撞击速度为3.5km/s。结果表明该复合前板的防护功能优于传统的LY12前板。
实施例2
采用70×70mm的复合前板，基体材料为LY12，基体厚度为2.85mm，功能层材料为铁基非晶合金，功能层厚度为0.15mm。进行梯度复合防护结构超高速撞击实验，弹丸撞击速度为5.5km/s。结果表明该复合前板的防护功能优于传统的LY12前板。
实施例3
采用70×70mm的复合前板，基体材料为LY12，基体厚度为2.8mm，功能层材料为TiC-Al(Ni)陶瓷涂层，功能层厚度为0.2mm。进行梯度复合防护结构超高速撞击实验，弹丸撞击速度为5.5km/s。结果表明该复合前板的防护功能优于传统的LY12前板。
Claims (10)
1、新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，该防护结构包括功能层和基体层，功能层由2层以上的层合或梯度复合层构成、或功能层为单层结构。
2、如权利要求1所述的新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，所述功能层包括表层，该表层的强度大于铝合金材料的强度，硬度大于铝合金材料的硬度，所述功能层的厚度在0.01～2.0mm之间。
3、如权利要求1所述的新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，所述功能层采用非晶合金、陶瓷或晶态合金材料制成，其强度范围为0.5-5.0GPa，硬度范围为2-30GPa。
4、如权利要求1所述的新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，所述功能层各层的性能为连续梯度变化、或为间断变化。
5、如权利要求4所述的新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，所述功能层各层的性能为连续梯度地由强到弱变化、或为间断地由强到弱变化。
6、如权利要求4所述的新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，所述功能层各层的性能为连续梯度地由弱到强变化、或间断地由弱到强变化。
7、如权利要求4所述的新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，所述功能层各层的性能为强-弱-强-弱相间变化。
8、如权利要求4所述的新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，所述功能层各层的性能为弱-强-弱-强相间变化。
9、如权利要求4所述的新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，所述功能层各层的性能为弱-强-强-弱相间变化。
10、如权利要求4所述的新型梯度复合空间防护结构，其特征在于，所述功能层各层的性能为强-弱-弱-强相间变化。
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| CNA2009100884942A CN101603799A (zh) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | 新型梯度复合空间防护结构 |
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2009
- 2009-07-03 CN CNA2009100884942A patent/CN101603799A/zh active Pending
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