輕質(zhì)脆性彈丸作用下的防護(hù)結(jié)構(gòu)超高速撞擊特性研究.pdf

1、空間碎片和微流星體嚴(yán)重威脅著航天器在軌安全運(yùn)行，而微流星體更是深空探測器的唯一威脅。與空間碎片相比，微流星體具有組成成分復(fù)雜、速度高、平均密度低等特點(diǎn)，航天器防護(hù)結(jié)構(gòu)受其撞擊的損傷特性尚不明確。為保障航天在軌安全運(yùn)行，有必要對航天器防護(hù)結(jié)構(gòu)受微流星體超高速撞擊的損傷特性開展研究，為航天器空間碎片防護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)微流星體平均密度低的特點(diǎn)，本文選取了聚丙烯和冰兩種低密度、脆性材料作為微流星體模擬材料。
　　首先，研究

2、了脆性、低融點(diǎn)彈丸發(fā)射技術(shù)。本文通過采用緩沖墊片、空穴法和鋁膜片等手段，在1km/s~3km/s的速度范圍內(nèi)，成功地發(fā)射了脆性彈丸；采用液氮杜瓦冷卻系統(tǒng)在發(fā)射過程中提供制冷，解決了冰彈融化的問題。
　　其次，開展了聚丙烯彈丸撞擊航天器防護(hù)結(jié)構(gòu)的地面模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，彈丸速度低于1.5km/s時(shí)，前板穿孔出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)與仿真的對比，驗(yàn)證了仿真的有效性，并采用數(shù)值仿真對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了擴(kuò)展。通過仿真研究發(fā)現(xiàn)，前板

3、穿孔直徑、碎片云最大速度和彈坑散布半徑隨著彈丸速度和直徑的增加而增大；擬合數(shù)值仿真結(jié)果獲得了撞擊極限曲線和經(jīng)驗(yàn)公式；與鋁彈丸撞擊極限曲線的對比發(fā)現(xiàn)，聚丙烯彈丸比具有相同速度和直徑的鋁彈丸造成的損傷小。
　　最后，研究了防護(hù)結(jié)構(gòu)受圓柱形冰彈中低速撞擊的損傷特性，通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真獲得了圓柱形冰彈擊穿靶板的臨界速度，以及鼓包高度和厚度與冰彈速度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。通過數(shù)值仿真研究了Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)受冰彈丸超高速撞擊的損傷特性，研究發(fā)