專利名稱：一種輕質(zhì)填充式空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間碎片防護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種輕質(zhì)填充式高性能空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了滿足國際空間站防護(hù)空間碎片的需要，美國、俄羅斯、歐空局和日本等國家的航天結(jié)構(gòu)已經(jīng)研制出性能各異的防護(hù)材料和結(jié)構(gòu)。我國正在實(shí)施航天載人工程的第三階段，不但對(duì)空間碎片的防護(hù)結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能有較高的要求，而且對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有嚴(yán)格的限制。這就要求研制的空間碎片防護(hù)結(jié)構(gòu)輕質(zhì)且防護(hù)性能優(yōu)異。而威脅航天器安全的最主要物理特征是由空間碎片和微流星體超高速撞擊導(dǎo)致的機(jī)械損傷效應(yīng)。因此，必須對(duì)航天器采取必要的防護(hù)措施以確保其在軌運(yùn)行安全。發(fā)展至今，國際上對(duì)空間碎片防護(hù)技術(shù)的研究已經(jīng)取得了許多重要成果，已經(jīng)設(shè)計(jì)開發(fā)出了 Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)，填充式防護(hù)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀雙層防護(hù)結(jié)構(gòu)，蜂窩夾芯板防護(hù)結(jié)構(gòu)和多層沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)等構(gòu)型。我國目前的空間碎片的防護(hù)結(jié)構(gòu)的研究、設(shè)計(jì)主要是跟蹤模仿國外的技術(shù)，且國外對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)所用的性能優(yōu)異的材料對(duì)我國是禁運(yùn)的，而我國的材料工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，很難在短時(shí)間內(nèi)研制出性能優(yōu)異的新型防護(hù)材料。為了避免由此造成的困難，在充分利用我國現(xiàn)有能制備材料的基礎(chǔ)上，開發(fā)質(zhì)量輕、耐撞擊的防護(hù)性能優(yōu)異，具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值的新型空間碎片防護(hù)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型輕質(zhì)填充式空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，能有效抵抗空間碎片的沖擊。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種輕質(zhì)空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于包括第一層防護(hù)屏、第二層防護(hù)屏和艙壁板，第一層防護(hù)屏設(shè)置在艙壁板最外側(cè)，在第一層防護(hù)屏和艙壁板之間設(shè)置第二層防護(hù)屏設(shè)置。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)和特點(diǎn)在于所述第一層防護(hù)屏由波紋形板構(gòu)成，該波紋形板的結(jié)構(gòu)是三角形、正弦形或梯形。所述第二層防護(hù)屏由波紋形板、黏附在波紋形板內(nèi)壁的高密度金屬泡沫層、黏附在高密度金屬泡沫層內(nèi)壁的較低密度金屬泡沫層和黏附在較低密度金屬泡沫層內(nèi)壁的低密度金屬泡沫層構(gòu)成，該波紋形板的結(jié)構(gòu)是三角形、正弦形或梯形。所述波紋形板采用鋁合金、鈦合金或碳纖維復(fù)合材料制成。所述金屬泡沫是由密度梯度金屬泡沫或密度梯度聚合物泡沫構(gòu)成。所述金屬泡沫是由泡沫鋁、泡沫鋁合金、泡沫銅、泡沫鋼或聚合物泡沫構(gòu)成。所述第一層防護(hù)屏、第二層防護(hù)屏和艙壁板間隔一定的距離構(gòu)成填充式空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有空間碎片防護(hù)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的輕質(zhì)填充式空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)中， 第一層防護(hù)屏為波紋形，防護(hù)屏可有效分解不同入射角空間碎片高速撞擊防護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的碎片云，分散其損傷能量。第二層防護(hù)屏的波紋形表板再次分解空間碎片撞擊第一層防護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的碎片云，填充的密度梯度金屬泡沫增加了沖擊波傳播的路徑，降低了衰減階段的沖擊壓力，延長了沖擊波的作用時(shí)間，從而使密度梯度金屬泡沫填充層可進(jìn)一步破碎和熔化撞擊的空間碎片，降低碎片云的速度，最大程度的降低其對(duì)航天器外部結(jié)構(gòu)的損傷和子系統(tǒng)的損傷。因此，本發(fā)明的輕質(zhì)填充式空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)能夠有效抵御/降低空間碎片對(duì)航天器外部結(jié)構(gòu)的和子系統(tǒng)的損傷。


圖1是本發(fā)明的一種輕質(zhì)填充式空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)裝配示意圖，圖Ia中第一層防護(hù)屏波紋形板為三角形結(jié)構(gòu)；圖Ib中第一層防護(hù)屏波紋形板為正弦形結(jié)構(gòu)；圖Ic中第一層防護(hù)屏波紋形外板為梯形結(jié)構(gòu)。其中1為第一層防護(hù)屏；2為第二層防護(hù)屏；3為高密度金屬泡沫層；4為較低密度金屬泡沫層；5為低密度金屬泡沫層；6為艙壁板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述參照?qǐng)Dla、圖Ib和圖lc，本發(fā)明的一種輕質(zhì)填充式空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，主要包括第一層防護(hù)屏1，第二層防護(hù)屏波紋形板2、高密度金屬泡沫3、較低密度金屬泡沫4和低密度金屬泡沫5，艙壁板6。波紋形板1和2的構(gòu)成材料可以選擇金屬如鋁合金、鈦合金等；也可以選擇非金屬，如高性能碳纖維復(fù)合材料、高性能陶瓷纖維復(fù)合材料和功能梯度復(fù)合材料等；波紋板的1和2的厚度可以相同也可以不同；波紋形狀可以設(shè)計(jì)成三角形、正弦形和梯形等；金屬泡沫層3、4和5可以采用泡沫鋁、泡沫鋁合金、泡沫銅或泡沫鋼等，也可以選擇聚亞胺泡沫、高性能纖維Vectran、Nextel/Kevlar等；波紋形板2和金屬泡沫3、金屬泡沫3和4、金屬泡沫4和5通過焊接或強(qiáng)力膠把四塊材料粘接成一體；第一層防護(hù)屏、 第二層防護(hù)屏和艙壁間隔一定的距離，形成一典型填充式Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容做出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于包括第一層防護(hù)屏、第二層防護(hù)屏和艙壁板，第一層防護(hù)屏設(shè)置在艙壁板外側(cè)，在第一層防護(hù)屏和艙壁板之間設(shè)置第二層防護(hù)屏設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述輕質(zhì)空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一層防護(hù)屏由波紋形板構(gòu)成，該波紋形板的結(jié)構(gòu)是三角形、正弦形或梯形。
3.如權(quán)利要求1所述輕質(zhì)空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二層防護(hù)屏由波紋形板、黏附在波紋形板內(nèi)壁的高密度金屬泡沫層、黏附在高密度金屬泡沫層內(nèi)壁的較低密度金屬泡沫層和黏附在較低密度金屬泡沫層內(nèi)壁的低密度金屬泡沫層構(gòu)成，該波紋形板的結(jié)構(gòu)是三角形、正弦形或梯形。
4.如權(quán)利要求1所述輕質(zhì)空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述波紋形板采用鋁合金、鈦合金或碳纖維復(fù)合材料制成。
5.如權(quán)利要求1所述輕質(zhì)空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬泡沫層是由密度梯度金屬泡沫或密度梯度聚合物泡沫構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述輕質(zhì)空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述密度梯度金屬泡沫是由泡沫鋁、泡沫鋁合金、泡沫銅、泡沫鋼或聚合物泡沫構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述輕質(zhì)空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一層防護(hù)屏、第二層防護(hù)屏和艙壁板間隔一定的距離構(gòu)成填充式空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及航天器防護(hù)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，公開了一種填充式輕質(zhì)空間碎片復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，它包括第一層防護(hù)屏為波紋形板、第二層防護(hù)屏為波紋形板/密度梯度金屬泡沫；第一層防護(hù)屏、第二層防護(hù)和艙壁板結(jié)構(gòu)三者間隔一定的距離。第一層防護(hù)屏為波紋形，波紋形防護(hù)屏可有效分解不同入射角空間碎片高速撞擊防護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的碎片云，分散其損傷能量。第二層防護(hù)屏的波紋形表板再次分解空間碎片撞擊第一層防護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的碎片云，而密度梯度金屬泡沫填充層可進(jìn)一步破碎和熔化撞擊的空間碎片，降低碎片云的速度，最大程度地降低其對(duì)航天器外部結(jié)構(gòu)的損傷和子系統(tǒng)的損傷。
文檔編號(hào)B32B3/28GK102514737SQ201110350700
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者王正錦, 王鐵軍, 秦慶華 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)