CN206416595U - 一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于航天器防护技术领域，具体涉及一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，目的在于研制一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，利用不同材料的特性对超高速碎片撞击的不同阶段进行防护。其特征在于，它包括破碎层、减缓层和捕获层；破碎层、减缓层和捕获层由外至内依次设置；破碎层面对空间碎片来袭方向，用于对撞击的超高速碎片进行破碎；减缓层位于破碎层和捕获层之间，用于支撑破碎层，还用于减缓超高速碎片的运动速度；捕获层紧贴需要防护的物体表面，用于与减缓层共同作用以提升使用强度，还用于对空间碎片进行二次拦截和剩余动能捕获。

Description

一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板

技术领域

本发明属于航天器防护技术领域，具体涉及一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板。

背景技术

面对复杂严峻的空间碎片环境，眼下各类航天器受到微流星体和轨道碎片(MMOD)撞击损伤概率不断增加，这可能会降低航天器使用性能、缩短使用寿命、甚至导致灾难性事故发生。目前，一般采用Whipple式防护构型以及基于Whipple防护构型类似的防护机制的一些改进防护构型，例如填充式防护构型和多层结构防护构型。相关的超高速撞击实验和仿真研究也随之开展，以评估各类增强型防护构型(如：单层缓冲屏、双层缓冲屏、多层缓冲屏、N型防护构型、夹层泡沫铝等等)的防护效能。这些用于抵御外太空超高速碎片撞击损伤的防护构型要求结构具有一定的强度，能够在初始撞击时对超高速碎片进行有效破碎，并且能够进一步减少碎片云对本体的动能损伤。考虑到实际防护装置应用在航天产品上，因此要求装置比重轻且不占用太大体积，为实现对航天器轨道空间碎片的有效防护，本专利提出了一种增强的超高速碎片防护板，介绍了异质插层复合结构板的结构组成和防护原理。

发明内容

本发明的目的在于研制一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，利用不同材料的特性对超高速碎片撞击的不同阶段进行防护，破碎层用于在初始撞击中有效破碎超高速碎片，形成由大量细小碎片云颗粒构成的碎片云团，减缓层用于对碎片云团颗粒动能进行减缓，捕获层用于对较大碎片云颗粒进行二次拦截以及剩余动能捕获。

本发明是这样实现的：

一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，包括破碎层、减缓层和捕获层；破碎层、减缓层和捕获层由外至内依次设置；破碎层面对空间碎片来袭方向，用于对撞击的超高速碎片进行破碎；减缓层位于破碎层和捕获层之间，用于支撑破碎层，还用于减缓超高速碎片的运动速度；捕获层紧贴需要防护的物体表面，用于与减缓层共同作用以提升使用强度，还用于对空间碎片进行二次拦截和剩余动能捕获。

如上所述的破碎层采用碳纤维增强复合板制成；减缓层采用聚氨酯泡沫板制成；捕获层采用芳纶纤维板制成。

如上所述的破碎层的厚度为1-10mm；减缓层的厚度为5-50mm；捕获层厚度为1-10mm。

如上所述的破碎层的厚度为1-5mm；减缓层的厚度为5-20mm；捕获层厚度为1-5mm。

如上所述的破碎层、减缓层和捕获层均为单层结构。

如上所述的破碎层为单层结构，减缓层和捕获层均为多层结构；减缓层和捕获层层数相等，交替设置。

本发明的有益效果是：

本发明包括破碎层、减缓层和捕获层。本发明可以在实现对空间轨道上存在的超高速碎片撞击进行有效防护，装置不仅比重轻,而且所占体积小，因而降低航天器有效载荷比和体积比。将异质插层防护板进行模块化组装，可以实现较大区域面积的防护，通过增加不同材料层的厚度和组合数量，可以拓展实现对碰撞事件中更高撞击速度、更大体积碎片的有效防护。

附图说明

图1是本发明的一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板的纵剖面结构图。

其中：1.破碎层，2.减缓层，3.捕获层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

如图1所示，一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，包括破碎层1、减缓层2和捕获层3。破碎层1、减缓层2和捕获层3由外至内依次设置。破碎层1面对空间碎片来袭方向，用于对撞击的超高速碎片进行破碎。减缓层2位于破碎层1和捕获层3之间，用于支撑破碎层1，还用于减缓超高速碎片的运动速度。捕获层3紧贴需要防护的物体表面，用于与减缓层2共同作用以提升使用强度，还用于对空间碎片进行二次拦截和剩余动能捕获。

在本实施例中，破碎层1采用碳纤维增强复合板制成；减缓层2采用聚氨酯泡沫板制成；捕获层3采用芳纶纤维板制成。破碎层1的厚度为1-10mm，优选为1-5mm；减缓层2的厚度为5-50mm，优选为5-20mm；捕获层3厚度为1-10mm，优选为1-5mm。

在加工本发明的结构板时，先将碳纤维增强复合板作为面板贴在聚氨酯泡沫板表面，并在聚氨酯泡沫板另一面粘贴芳纶纤维板，根据实际防护需要可重复在捕获层后面继续粘贴聚氨酯泡沫板+芳纶纤维板。应用时将防护板的破碎层面对空间碎片来袭方向，另一端的捕获层则紧贴需要防护的物体表面。防护面板可切割成不同模块并根据实际需要进行拼接，从而满足不同表面大小和形状的防护要求。

构成系统的各部分结构及功能描述如下：破碎层应具有良好的强度和刚性，从而保证外防护表面耐用和不易变形，并且在初始撞击中有效破碎超高速碎片，破碎层通常选用高硬度\高模量碳纤维增强复合材料；减缓层应当具有较轻的密度和一定的强度，不仅可以对破碎层面板起到填充和支撑作用，而且能够对初始撞击产生的碎片云颗粒进行缓冲，通过在缓冲层的摩擦和挤压作用减少碎片云颗粒的运动速度，减缓层通常选用低密度和一定强度的聚氨酯泡沫；捕获层应当具有较高的拉伸强度和断裂韧性，既能提升与减缓层共同的使用强度，又能对较大动能的碎片云颗粒进行二次拦截以及剩余动能捕获，抵抗碎片颗粒对防护板的穿透作用。

上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (6)

1.一种用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，其特征在于：它包括破碎层(1)、减缓层(2)和捕获层(3)；破碎层(1)、减缓层(2)和捕获层(3)由外至内依次设置；破碎层(1)面对空间碎片来袭方向，用于对撞击的超高速碎片进行破碎；减缓层(2)位于破碎层(1)和捕获层(3)之间，用于支撑破碎层(1)，还用于减缓超高速碎片的运动速度；捕获层(3)紧贴需要防护的物体表面，用于与减缓层(2)共同作用以提升使用强度，还用于对空间碎片进行二次拦截和剩余动能捕获。

2.根据权利要求1所述的用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，其特征在于：所述的破碎层(1)采用碳纤维增强复合板制成；减缓层(2)采用聚氨酯泡沫板制成；捕获层(3)采用芳纶纤维板制成。

3.根据权利要求1所述的用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，其特征在于：所述的破碎层(1)的厚度为1-10mm；减缓层(2)的厚度为5-50mm；捕获层(3)厚度为1-10mm。

4.根据权利要求3所述的用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，其特征在于：所述的破碎层(1)的厚度为1-5mm；减缓层(2)的厚度为5-20mm；捕获层(3)厚度为1-5mm。

5.根据权利要求1所述的用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，其特征在于：所述的破碎层(1)、减缓层(2)和捕获层(3)均为单层结构。

6.根据权利要求1所述的用于超高速碎片防护的异质插层复合结构板，其特征在于：所述的破碎层(1)为单层结构，减缓层(2)和捕获层(3)均为多层结构；减缓层(2)和捕获层(3)层数相等，交替设置。