温度对编织材料防护结构超高速撞击特性的影响

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航天器所处的空间温度环境非常恶劣,在太阳直射面,航天器表面温度高达200℃,而随着航天器运行至地球阴影面,温度又极剧降低至-180℃。即使是在太阳直射面,航天器的表面温度也并不均匀,不同部位的温度也相差甚大。空间碎片防护结构通常处于航天器最外层,与空间环境直接接触,所以防护结构材料表面温度变化尤为激烈,在如此恶劣的温度环境中,材料和结构的性能势必会受到很大影响。本文主要研究温度对编织材料防护结构高速撞击特性的影响规律。文中所涉及到的编织材料主要是铝合金丝网、玄武岩纤维布和Kevlar纤维布,这三种编织材料是空间碎片防护结构中常用的三种填充材料。研究中采用高速撞击实验和数值仿真实验相结合的研究手段,重点研究分析了不同温度下三种编织材料防护结构的损伤特性、温度对编织材料防护结构高速撞击特性影响规律以及温度对编织材料防护结构高速撞击碎片云特性的影响规律。研究成果能够为实际空间环境中的空间碎片防护结构设计提供一定的指导作用。首先研究了铝网、玄武岩纤维布和Kevlar纤维布等三种不同编织材料的单防护屏防护结构在不同撞击速度情况下的损伤特性,以及在该撞击速度段温度对这三种编织材料单防护屏防护结构防护性能的影响规律。实验温度为293K、393K,每一组温度对比实验分别在弹道段、破碎段的三个相同或相近的速度下进行。其次研究了铝网、玄武岩纤维布和Kevlar纤维布等三种不同编织材料的填充式防护结构在不同撞击速度情况下的损伤特性,以及在该撞击速度段温度对这三种编织材料填充式防护结构防护性能的影响规律。实验温度为293K、393K,每一组温度对比实验分别在弹道段、破碎段的两个相同或相近的速度下进行。最后利用数值仿真软件Autodyn,仿真模拟高速撞击过程,研究了温度对铝网、玄武岩纤维布和Kevlar纤维布三种编织材料填充式防护结构高速撞击碎片云特性的影响规律。实验温度为100K、300K和500K,每一组温度对比实验分别在三组相同的速度下进行。
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