铝合金双层板空间碎片防护结构超高速撞击弹道极限研究.doc

《铝合金双层板空间碎片防护结构超高速撞击弹道极限研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、铝合金双层板空间碎片防护结构超高速撞击弹道极限研究基金项目：国防科工委空间碎片专项资助项目(kjsp2004-0302)贾斌，盖芳芳，马志涛，庞宝君[哈尔滨工业大学空间碎片高速撞击研究中心哈尔滨150080][摘要]：日益增长的空间碎片已经对在轨航天器的安全运行构成了严重威胁，毫米级空间碎片的被动防护已成为航天器结构设计必须考虑的问题之一。采用AUTODYN进行数值仿真并结合实验验证的方法，对由国产航天铝合金材料构成的双层板防护结构承受铝合金球形弹丸正撞击下的弹道极限进行了研究，获得了其弹道极限曲线和弹道极限方程。数值仿真和实验结果与已有

2、经验方程对比表明，在第一速度区间三者比较吻合，而在第二和第三速度区间经验方程偏于保守。[关键词]：空间碎片防护结构超高速撞击弹道极限AUTODYN中图分类号：V423.42Ballisticlimitanalysisofaluminumdual-wallplatespacedebrisshieldstructuresubjectedtohypervelocityimpactJiaBin,GaiFang-fang,MaZhi-tao,PangBao-jun[HypervelocityImpactResearchCenter,HarbinIn

3、stituteofTechnology,Harbin150080,China]Abstract:Theincreasingspacedebrishavemadeseriousthreattosafeoperationofspacecraftsinorbit.Shieldingofmillimeter-sizespacedebrishasbeenaproblemmustbeconsideredindesignofspacecraftstructure.NumericalsimulationinAUTODYNcombinedwithexper

4、imentvalidationwasadoptedtoinvestigatetheballisticlimitofdual-wallplatespacedebrisshieldstructure,consistingofnativeaerospacealuminumalloys,subjectedtonormalimpactofaluminumsphericalprojectile.Theballisticlimitcurveaswellasequationwasobtained.Comparisonamongnumericalsimul

5、ation,experimentresults,andempiricalequationindicatedthatthethreeagreewellinthefirstvelocityrangewhiletheempiricalequationtendstobeconservativeinthesecondandthirdvelocityrange.Keywords:spacedebris;shieldstructure;hypervelocityimpact;ballisticlimit;AUTODYN日益增长的空间碎片严重威胁着航天器

6、的安全在轨运行，造成航天器损伤及发生灾难性失效的事例已发生多起，有关防护微流星体和空间碎片超高速撞击的研究已得到了国内外的高度重视[1]。由于空间碎片与航天器的相对撞击速度最高可达16km/s，其防护结构设计已成为航天器结构设计必须考虑的问题之一。1947年WhippleF.L.提出了铝合金双层板防护结构的概念，可有效抵御空间碎片及微流星体的超高速撞击[2]。在大量超高速撞击实验的基础上，ChristiansenE.L.在1993年提出了铝合金双层板Whipple防护的弹道极限经验方程[3]，此后随超高速撞击数据库的进一步充实，又于200

7、3年对其进行了修正[4]。但由于国产航天材料与国外相比，在材料组分、生产工艺等方面都有一定区别，从而其材料性能也必然具有差异，这给经验方程的应用有效性带来了困难，必须进行细致的分析评价。本文对国内航天器常用的铝合金材料2A12和5A06构成的双层板防护结构进行了超高速撞击数值仿真研究，得到了特定条件下的弹道极限曲线和弹道极限方程，并与实验结果与最新的经验方程做出了对比分析。1.结构及失效准则所研究的双层板防护结构如图1所示。防护屏材料为铝合金2A12，厚度tb为1mm；舱壁材料为铝合金5A06，厚度tw为3mm；防护间距S为100mm。球

8、形弹丸采用2A12铝合金，使用数值仿真并结合实验验证的方法研究双层板防护结构的正撞击弹道极限特性，即不同撞击速度下使舱壁失效的临界弹丸直径。采用的失效模式为舱壁出现穿孔或舱壁背面出现剥落[5]