CN102514737B - 一种轻质填充式空间碎片复合防护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航天器防护结构领域，公开了一种填充式轻质空间碎片复合防护结构，它包括第一层防护屏为波纹形板、第二层防护屏为波纹形板/密度梯度金属泡沫；第一层防护屏、第二层防护和舱壁板结构三者间隔一定的距离。第一层防护屏为波纹形，波纹形防护屏可有效分解不同入射角空间碎片高速撞击防护结构产生的碎片云，分散其损伤能量。第二层防护屏的波纹形表板再次分解空间碎片撞击第一层防护结构产生的碎片云，而密度梯度金属泡沫填充层可进一步破碎和熔化撞击的空间碎片，降低碎片云的速度，最大程度地降低其对航天器外部结构的损伤和子系统的损伤。
Description
技术领域：
本发明涉及空间碎片防护领域，特别涉及一种轻质填充式高性能空间碎片复合防护结构领域。
背景技术：
为了满足国际空间站防护空间碎片的需要，美国、俄罗斯、欧空局和日本等国家的航天结构已经研制出性能各异的防护材料和结构。我国正在实施航天载人工程的第三阶段，不但对空间碎片的防护结构的防护性能有较高的要求，而且对防护结构的质量有严格的限制。这就要求研制的空间碎片防护结构轻质且防护性能优异。而威胁航天器安全的最主要物理特征是由空间碎片和微流星体超高速撞击导致的机械损伤效应。因此，必须对航天器采取必要的防护措施以确保其在轨运行安全。
发展至今，国际上对空间碎片防护技术的研究已经取得了许多重要成果，已经设计开发出了Whipple防护结构，填充式防护结构，网状双层防护结构，蜂窝夹芯板防护结构和多层冲击防护结构等构型。我国目前的空间碎片的防护结构的研究、设计主要是跟踪模仿国外的技术，且国外对防护结构所用的性能优异的材料对我国是禁运的，而我国的材料工业基础薄弱，很难在短时间内研制出性能优异的新型防护材料。为了避免由此造成的困难，在充分利用我国现有能制备材料的基础上，开发质量轻、耐撞击的防护性能优异，具有实际工程应用价值的新型空间碎片防护结构。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种新型轻质填充式空间碎片复合防护结构，能有效抵抗空间碎片的冲击。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种轻质空间碎片复合防护结构，其特征在于：包括第一层防护屏、第二层防护屏和舱壁板，第一层防护屏设置在舱壁板最外侧，在第一层防护屏和舱壁板之间设置第二层防护屏设置。
本发明的进一步改进和特点在于：
所述第一层防护屏由波纹形板构成，该波纹形板的结构是三角形、正弦形或梯形。
所述第二层防护屏由波纹形板、黏附在波纹形板内壁的高密度金属泡沫层、黏附在高密度金属泡沫层内壁的较低密度金属泡沫层和黏附在较低密度金属泡沫层内壁的低密度金属泡沫层构成，该波纹形板的结构是三角形、正弦形或梯形。
所述波纹形板采用铝合金、钛合金或碳纤维复合材料制成。
所述金属泡沫是由密度梯度金属泡沫或密度梯度聚合物泡沫构成。
所述金属泡沫是由泡沫铝、泡沫铝合金、泡沫铜、泡沫钢或聚合物泡沫构成。
所述第一层防护屏、第二层防护屏和舱壁板间隔一定的距离构成填充式空间碎片复合防护结构。
与现有空间碎片防护结构相比，本发明的轻质填充式空间碎片复合防护结构中，第一层防护屏为波纹形，防护屏可有效分解不同入射角空间碎片高速撞击防护结构产生的碎片云，分散其损伤能量。第二层防护屏的波纹形表板再次分解空间碎片撞击第一层防护结构产生的碎片云，填充的密度梯度金属泡沫增加了冲击波传播的路径，降低了衰减阶段的冲击压力，延长了冲击波的作用时间，从而使密度梯度金属泡沫填充层可进一步破碎和熔化撞击的空间碎片，降低碎片云的速度，最大程度的降低其对航天器外部结构的损伤和子系统的损伤。因此，本发明的轻质填充式空间碎片复合防护结构能够有效抵御/降低空间碎片对航天器外部结构的和子系统的损伤。
附图说明：
图1是本发明的一种轻质填充式空间碎片复合防护结构装配示意图，图1a中第一层防护屏波纹形板为三角形结构；图1b中第一层防护屏波纹形板为正弦形结构；图1c中第一层防护屏波纹形外板为梯形结构。
其中：1为第一层防护屏；2为第二层防护屏；3为高密度金属泡沫层；4为较低密度金属泡沫层；5为低密度金属泡沫层；6为舱壁板。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参照图1a、图1b和图1c，本发明的一种轻质填充式空间碎片复合防护结构，主要包括第一层防护屏1，第二层防护屏波纹形板2、高密度金属泡沫3、较低密度金属泡沫4和低密度金属泡沫5，舱壁板6。波纹形板1和2的构成材料可以选择金属如：铝合金、钛合金等；也可以选择非金属，如：高性能碳纤维复合材料、高性能陶瓷纤维复合材料和功能梯度复合材料等；波纹板的1和2的厚度可以相同也可以不同；波纹形状可以设计成三角形、正弦形和梯形等；金属泡沫层3、4和5可以采用泡沫铝、泡沫铝合金、泡沫铜或泡沫钢等，也可以选择聚亚胺泡沫、高性能纤维Vectran、Nextel/Kevlar等；波纹形板2和金属泡沫3、金属泡沫3和4、金属泡沫4和5通过焊接或强力胶把四块材料粘接成一体；第一层防护屏、第二层防护屏和舱壁间隔一定的距离，形成一典型填充式Whipple防护结构。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种轻质空间碎片复合防护结构，其特征在于：包括第一层防护屏、第二层防护屏和舱壁板，第一层防护屏设置在舱壁板外侧，在第一层防护屏和舱壁板之间设置第二层防护屏设置；
所述第一层防护屏由第一波纹形板构成，该第一波纹形板的结构是三角形、正弦形或梯形；
所述第二层防护屏由第二波纹形板、黏附在第二波纹形板内壁的密度梯度金属泡沫或密度梯度聚合物泡沫构成，其中，该第二波纹形板的结构是三角形、正弦形或梯形，该密度梯度金属泡沫或密度梯度聚合物泡沫的密度梯度由外至内逐渐降低；
所述第一层防护屏、第二层防护屏和舱壁板间隔一定的距离构成填充式空间碎片复合防护结构。
2.如权利要求1所述轻质空间碎片复合防护结构，其特征在于：所述第一波纹形板和第二波纹形板均采用铝合金、钛合金或碳纤维复合材料制成。
3.如权利要求1所述轻质空间碎片复合防护结构，其特征在于：所述密度梯度金属泡沫由高密度金属泡沫层、黏附在高密度金属泡沫层内壁的较低密度金属泡沫层和黏附在较低密度金属泡沫层内壁的低密度金属泡沫层构成，其中，高密度金属泡沫层黏附在第二波纹形板的内壁上。
4.如权利要求3所述轻质空间碎片复合防护结构，其特征在于：所述密度梯度金属泡沫是由泡沫铝、泡沫铝合金、泡沫铜或泡沫钢构成。
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