多弹丸高速撞击空间碎片防护结构的损伤与防护特性研究.doc

多弹丸高速撞击空间碎片防护结构的损伤与防护特性研究航天活动的日益频繁使得轨道上的空间碎片数量不断增多,在轨运行航天器的同一部位受到多次撞击或邻近部位受到同时撞击的概率大大增加。随着我国空间站的即将建成并投入使用,多个空间碎片同时撞击航天器的损伤与防护问题以及微小空间碎片多次撞击在轨航天器的累积损伤效应已受到极大关注。目前,国内外对航天器防护结构在单弹丸超高速撞击下的损伤与防护特性研究较为广泛,但有关多弹丸同时撞击航天器的耦合损伤效应研究仍处于起步阶段。本文在单弹丸高速撞击研究工作基础上,采用实验、数值模拟和理论相结合的方法,开展了多弹丸高速撞击铝板Whipple防护结构和玄武岩纤维布填充防护结构的损伤特性研究,进行了弹板撞击过程的应力波分析,主要研究内容如下:在弹道段撞击速度和破碎段撞击速度下,进行多弹丸高速撞击铝板Whipple防护结构和玄武岩纤维布填充防护结构实验,分析多弹丸撞击两种防护结构的损伤特点,分析不同弹丸个数和弹丸速度对防护结构防护性能的影响。通过多弹丸高速撞击铝板Whipple防护结构的数值模拟,分析弹丸间距、弹丸速度、弹丸质量和弹丸个数对防护结构损伤特性的影响,研究多弹丸的撞击极限速度,研究在一定条件下防护结构发生穿孔失效的临界弹丸间距,进行破碎段多弹丸撞击的累积损伤分析。总结影响铝板Whipple防护结构后板损伤程度的原因,进行弹丸和靶板撞击过程中的应力波分析,研究撞击过程中弹丸和靶板的破碎机理,推导弹丸穿透前板的剩余动能公式。从撞击动能变化和碎片云特点两个方面研究双铝板Whipple防护结构的防护性能。