确定高性能波阻抗梯度空间碎片防护材料结构的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定高性能波阻抗梯度空间碎片防护材料的方法，该方法根据空间碎片的防护要求，确定防护目标的尺寸和防护结构的主要参数，再确定波阻抗梯度防护材料的材料组分以及组成波阻抗梯度防护材料的层数，根据选用的材料组分按照阻抗由高到低的顺序排列，首层材料具有高密度高阻抗的特点，后续材料组分阻抗逐层递减，组成波阻抗梯度防护屏；接着确定各层材料组份的厚度而完成。本发明专利技术与传统铝合金防护结构相比防护性能提升20％以上，极大的提升了航天器在空间碎片环境中的生存能力，在工程应用中具有广阔的应用前景。

Method for determining high performance wave impedance gradient space debris protective material structure

The invention discloses a method for determining high performance wave impedance gradient space debris protection materials, according to the requirements of the protection of space debris, determine the main parameters of the defending target size and protection structure, and then determine the graded impedance protection material material composition and a graded impedance protection material layer, according to the material the group divided according to the impedance sequence from high to low, the first layer of material has the characteristics of high density and high impedance, the subsequent material component impedance layer decreases, composed of graded impedance protective screen; then determine the thickness of each layer was completed. Compared with the traditional aluminum alloy protection structure, the protection performance of the invention is improved by more than 20%, and the survivability of the spacecraft in the space debris environment is greatly improved, and the utility model has wide application prospect in the engineering application.

【技术实现步骤摘要】
确定高性能波阻抗梯度空间碎片防护材料结构的方法
本专利技术属于空间碎片防护材料
，具体来说，本专利技术涉及一种高性能波阻抗梯度空间碎片防护材料结构的确定方法。
技术介绍
空间碎片是指人类空间活动所产生的太空垃圾。通常它们与航天器相撞的平均速度为高达7km/s，对航天器的安全造成巨大的潜在威胁。为了提升航天器的可靠性和安全性，目前普遍采用由防护屏和后墙(舱壁)组成的Whipple结构或其改进型防护结构来对航天器进行防护。该结构利用加装在舱壁外的防护屏来拦截高速碎片，达到消耗和分散空间碎片动能的效果，从而大大降低了空间碎片对舱壁的破坏作用。防护屏的材料特性对防护结构的防护能力有很大的影响。对于航天器防护材料的选择，要求其在不增加重量的情况下能够有效破碎来袭的空间碎片，更多的传递、耗散其撞击能量，以达到抵御超高速撞击保护航天器的目的。2009年，侯明强等人【侯明强，龚自正，杨继运，郑建东，童靖宇，向树红.一种新概念密度梯度型高性能空间碎片防护结构.2009年空间环境与材料科学论坛】提出一种新概念密度梯度型空间碎片防护材料，采用该材料所组成的防护结构与传统铝合金Whipple结构相比防本文档来自技高网...

【技术保护点】
确定高性能波阻抗梯度空间碎片防护材料的方法，包括如下步骤：步骤1：根据空间碎片的防护要求，确定防护目标的尺寸和防护结构的主要参数，防护目标的尺寸为碎片等效球形弹丸的直径，防护结构的主要参数包括：(1)防护屏与航天器舱壁或需要防护部位的间隔距离，其中防护屏、间距和舱壁组成防护结构；(2)根据空间碎片的防护要求，确定防护屏的面密度，保证防护屏的质量不增加，面密度为材料设计的约束条件；步骤2：确定波阻抗梯度防护材料的材料组分，其中材料组分选用常用航空航天材料，包括不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金或轻质陶瓷材料；步骤3：确定组成波阻抗梯度防护材料的层数，波阻抗梯度防护材料的层数通常选择在2‑4层，层数不...

【技术特征摘要】
1.确定高性能波阻抗梯度空间碎片防护材料的方法，包括如下步骤：步骤1：根据空间碎片的防护要求，确定防护目标的尺寸和防护结构的主要参数，防护目标的尺寸为碎片等效球形弹丸的直径，防护结构的主要参数包括：(1)防护屏与航天器舱壁或需要防护部位的间隔距离，其中防护屏、间距和舱壁组成防护结构；(2)根据空间碎片的防护要求，确定防护屏的面密度，保证防护屏的质量不增加，面密度为材料设计的约束条件；步骤2：确定波阻抗梯度防护材料的材料组分，其中材料组分选用常用航空航天材料，包括不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金或轻质陶瓷材料；步骤3：确定组成波阻抗梯度防护材料的层数，波阻抗梯度防护材料的层数通常选择在2-4层，层数不易过多，否则降低了对空间碎片的破碎能力，也不宜过少，否则不能有效分散弹丸碎片；步骤4：将选用的材料组分按照阻抗由高到低的顺序排列，首层材料具有高密度高阻抗的特点，后续材料组分阻抗逐层递减，组成波阻抗梯度防护屏；步骤5：确定各层材料组份的厚度5.1确定弹丸和靶中的冲击波参数基于冲击波理论，确定在7km/s碰撞时弹丸和靶中的冲击波参数，获得弹丸和靶中的冲击波速度、波后粒子速度和密度；5.2确定波阻抗防护材料第一层材料厚度在材料的设计中考虑追赶稀疏波的影响，使第一层材料中的冲击波运动时间与稀疏波追赶弹丸中冲击波的时间之和大于弹丸中冲击波到达背表面的时间，结合获得的冲击波参数，计算出弹丸直径与靶中第一层材料厚度的比值，根据防护目标直径确定第一层材料的厚度；5.3生成波阻抗梯度材料组份-厚度组合假设波阻抗梯度材料由n种材料组成n层结构，按步骤5.2方法确定第一层材料1的厚度l1，在确定第2～(n-1)层厚度时，以面密度为约束条件，厚度从0.1mm开始，0.1mm为变...

【专利技术属性】
技术研发人员：张品亮，宋光明，徐坤博，武强，曹燕，龚自正，牟永强，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11