空间碎片防护结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110155375A(43)申请公布日2019.08.23(21)申请号201811257133.1(22)申请日2018.10.26(71)申请人北京机电工程研究所地址100074北京市丰台区云岗北里40号院(72)发明人肖登红高勇张苏李小婷周小红仝宗凯(51)Int.Cl.B64G1/52(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称空间碎片防护结构(57)摘要本发明实施例提供一种空间碎片防护结构，该防护结构包括内支撑层，中间层和外防护层，其中，内支撑层用于固定所述中间层，内支撑层具有两端开口的空腔，用于容纳待防护件；中间层设置在内支撑层和外防护层之间，中间层至少由蜂窝结构组成，蜂窝结构周向设置在内支撑层外表面，中间层至少用于吸收空间碎片的能量；外防护层周向设置述中间层的外表面，外防护层的外表面还设置为光滑过渡面，外防护层用于将所述空间碎片进行破碎。本发明实施例提供的防护结构能够解决现有空间碎片防护结构所存在的大应力集中，无法全面对航天舱体进行防护且不能达到对于直径更大的碎片的防护要求的技术问题。CN110155375ACN110155375A权利要求书1/1页1.一种空间碎片防护结构，所述防护结构包括内支撑层，中间层和外防护层，其特征在于，所述内支撑层用于固定所述中间层，所述内支撑层具有两端开口的空腔，所述空腔用于容纳待防护件；所述中间层设置在所述内支撑层和外防护层之间，所述中间层至少由蜂窝结构组成，所述蜂窝结构周向设置在所述内支撑层外表面，所述中间层至少用于吸收空间碎片的能量；所述外防护层周向设置在所述中间层的外表面，所述外防护层的外表面还设置为光滑过渡面，所述外防护层用于将所述空间碎片进行破碎。2.根据权利要求1所述的一种空间碎片防护结构，其特征在于：所述内支撑层为圆筒状结构，所述内支撑层采用钛合金材料制成。3.根据权利要求1所述的一种空间碎片防护结构，其特征在于：所述外防护层采用钛合金材料制成或波阻抗梯度材料制成。4.根据权利要求1所述的一种空间碎片防护结构，其特征在于：所述外防护层的外表面为圆弧面或连续凹凸过渡光滑面。5.根据权利要求1所述的一种空间碎片防护结构，其特征在于：所述中间层还包括SiC纤维，所述SiC纤维填充在所述内支撑层和外防护层之间除所述蜂窝结构的区域。6.根据权利要求5所述的一种空间碎片防护结构，其特征在于：所述SiC纤维与所述内支撑层和所述外防护层分别相粘接；所述蜂窝结构与所述内支撑层和所述外防护层分别相焊接。7.根据权利要求1-6所述的一种空间碎片防护结构，其特征在于：所述蜂窝结构为负刚度蜂窝结构，所述负刚度蜂窝结构以两组双同轴布置的蜂窝单元为一个单胞并沿内支撑层外表面进行周向拓展以形成环状阵列结构。8.根据权利要求7所述的一种空间碎片防护结构，其特征在于：所述单胞中，对于任意一蜂窝单元，所述蜂窝单元的顶点高度h与厚度t之间需满足：1.5≤h/t≤6；所述蜂窝单元的长度l满足：30mm≤l≤80mm。9.根据权利要求1所述的一种空间碎片防护结构，其特征在于：所述蜂窝结构采用钛合金材料制成。2CN110155375A说明书1/5页空间碎片防护结构技术领域[0001]本发明提供一种空间碎片防护结构，尤其涉及一种Whipple式高性能空间碎片防护结构，属于空间碎片防护技术领域。背景技术[0002]众多绕地球轨道运行的航天器在科学研究、定位导航、通讯中继、国家安全等方面发挥着极其重要的作用。然而，航天器在运行过程中，小到固体火箭发动机燃烧后的氧化铝小颗粒，大到运载火箭末级的空间碎片严重威胁着航天器的安全。超高速运动的空间碎片撞击到航天器时，会使航天器出现成坑、穿孔，甚至灾难性的破坏，并会导致更多太空垃圾的产生。目前，对于直径大约在10cm以上的大空间碎片，国际上一般采用主动规避的技术手段对航天器予以防护，监测预警手段也越来越先进。而对于数量超过200亿的众多厘米级的危险空间碎片、毫米级的小空间碎片，航天器已无法规避与其碰撞，只能通过加强航天器的防护能力来被动防护。[0003]航天器的防护结构方案大致分为whipple防护、填充式whipple防护、网状双层防护、多层冲击防护等。现有的防护结构多采用单层或多层的防护屏结构形式，例如专利申请CN105109709和CN107140238，这类防护结构虽然实现了一定程度的吸收分散空间碎片，然而，一方面由于这类结构的四个边界均处于自由状态，在空间碎片高速冲击下，将会产生较多的应力，边界的散射，导致大应力集中，使得这类结构的结构强度降低，无法长期使用；另一方面，局限于这类结构的结构形式(板状)，导致对舱体无法进行全面防护；再者，这些防护结构方案测得的弹丸临界直径停