[發(fā)明專利]一種基于高性能纖維織物和泡沫的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710532861.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107697319B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭世貴;閆軍;于登云;王巍;常潔;宮偉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號(hào): B64G1/52
• 分類號(hào): B64G1/52
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于高性能纖維織物和泡沫的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括緩沖屏、泡沫、填充屏和后墻；緩沖屏用于破裂空間碎片，泡沫用于調(diào)節(jié)防護(hù)結(jié)構(gòu)的壓縮量或膨脹量，填充屏用于瓦解空間碎片云，后墻用于捕獲空間碎片云，緩沖屏、泡沫、填充屏、后墻通過(guò)粘著劑依次粘連。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)填充屏，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)整體折疊壓縮，便于發(fā)射，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)防護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性較低的缺陷；通過(guò)粘連泡沫，達(dá)到了結(jié)構(gòu)整體的防護(hù)間距突破火箭整流罩空間限制的技術(shù)效果，顯著增強(qiáng)了防護(hù)能力，解決了傳統(tǒng)防護(hù)結(jié)構(gòu)耗能過(guò)大且環(huán)境適應(yīng)性較差的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于高性能纖維織物和泡沫的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其適用于航天器抵御空間碎片撞擊，屬于空間碎片被動(dòng)防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

空間碎片容易造成航天器發(fā)生多種類型的損傷，損傷的種類與程度取決于航天器的大小、構(gòu)型、工作時(shí)間以及空間碎片的質(zhì)量、密度、速度、撞擊方向等特性。撞擊損傷的類型包括壁板穿孔、壓力容器破裂、舷窗玻璃退化、熱控性能降低和密封艙泄漏。

針對(duì)空間碎片的撞擊威脅，航天工程通常的做法是：首先對(duì)航天器的空間碎片撞擊風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而采取一定的防護(hù)措施提高航天器抵御空間碎片撞擊的能力，防護(hù)措施包括調(diào)整航天器布局、更改飛行姿態(tài)、采用防護(hù)能力強(qiáng)的材料、增設(shè)專門(mén)的防護(hù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于長(zhǎng)期在軌的載人航天器，一般綜合采用上述措施來(lái)提高航天器在空間碎片環(huán)境中的生存能力。其中，專門(mén)防護(hù)結(jié)構(gòu)是非常有效的防護(hù)手段，也是國(guó)際空間站和其他大型低軌長(zhǎng)期運(yùn)行的航天器慣用的防護(hù)措施。

現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)的專門(mén)防護(hù)結(jié)構(gòu)為Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)和填充式防護(hù)結(jié)構(gòu)。Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)的原理如下：粒子撞擊緩沖屏后產(chǎn)生激波，如果粒子撞擊速度足夠高，形成的反射激波強(qiáng)度足夠大，就可能使撞擊粒子破碎、液化直至汽化，并形成碎片云，從而將撞擊能量分散到更大面積的后墻上，進(jìn)而消除或減少粒子對(duì)后墻的損壞；后墻捕獲碎片云，保護(hù)航天器內(nèi)部?jī)x器設(shè)備。緩沖屏材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)：密度低；對(duì)彈丸(或二次碎片)具有良好的破碎能力；使碎片云產(chǎn)生大的擴(kuò)散角；降低碎片云的撞擊速度；緩沖屏本身產(chǎn)生的碎屑對(duì)后墻損壞威脅小。考慮到防護(hù)性能、結(jié)構(gòu)剛度及防護(hù)成本的要求，外緩沖屏一般選用鋁合金材料。為進(jìn)一步瓦解彈丸碎片粒子，有效降低碎片云速度，國(guó)外采用在外緩沖屏和后墻中間增加填充屏，填充屏一般選取高彈性模量、高強(qiáng)度、低密度的纖維材料。在同等面密度下，填充式防護(hù)結(jié)構(gòu)的防護(hù)能力遠(yuǎn)高于Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)，這也是填充式防護(hù)結(jié)構(gòu)(填充屏為Nextel312+kevlar)在國(guó)際空間站高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域得到廣泛應(yīng)用的原因。但目前國(guó)外所用的填充屏材料國(guó)內(nèi)無(wú)法獲得，因此需要選用具有優(yōu)良性能的國(guó)產(chǎn)填充屏材料。

近年來(lái)，出現(xiàn)了一些新型航天器，如充氣展開(kāi)式航天器，其在發(fā)射前經(jīng)壓縮、折疊減小發(fā)射體積，入軌后充氣展開(kāi)形成龐大的艙體。傳統(tǒng)的剛性防護(hù)結(jié)構(gòu)不能壓縮或折疊，無(wú)法滿足充氣展開(kāi)式航天器的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于高性能纖維織物和泡沫的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)填充屏，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)整體折疊壓縮，便于發(fā)射，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)防護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性較低的缺陷；通過(guò)粘連泡沫，達(dá)到了結(jié)構(gòu)整體的防護(hù)間距突破火箭整流罩空間限制的技術(shù)效果，顯著增強(qiáng)了防護(hù)能力，解決了傳統(tǒng)防護(hù)結(jié)構(gòu)耗能過(guò)大且環(huán)境適應(yīng)性較差的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于高性能纖維織物和泡沫的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括緩沖屏、泡沫、填充屏和后墻；緩沖屏用于破裂空間碎片，泡沫用于調(diào)節(jié)防護(hù)結(jié)構(gòu)的壓縮量或膨脹量，填充屏用于瓦解空間碎片云，后墻用于捕獲空間碎片云，緩沖屏、泡沫、填充屏、后墻通過(guò)粘著劑依次粘連。

在上述的一種基于高性能纖維織物和泡沫的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)中，所述緩沖屏采用板狀結(jié)構(gòu)，緩沖屏由玄武巖纖維編織而成，緩沖屏的編織層數(shù)不少于三層。

在上述的一種基于高性能纖維織物和泡沫的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)中，所述泡沫的材料采用聚氨酯，泡沫的密度不大于0.05g/cm³，泡沫的壓縮率不小于80％。