一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，包括缓冲屏、泡沫、填充屏和后墙；缓冲屏用于破裂空间碎片，泡沫用于调节防护结构的压缩量或膨胀量，填充屏用于瓦解空间碎片云，后墙用于捕获空间碎片云，缓冲屏、泡沫、填充屏、后墙通过粘着剂依次粘连。本发明专利技术通过设计填充屏，实现了结构整体折叠压缩，便于发射，弥补了传统防护结构可靠性较低的缺陷；通过粘连泡沫，达到了结构整体的防护间距突破火箭整流罩空间限制的技术效果，显著增强了防护能力，解决了传统防护结构耗能过大且环境适应性较差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构
本专利技术涉及一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，尤其适用于航天器抵御空间碎片撞击，属于空间碎片被动防护

技术介绍
空间碎片容易造成航天器发生多种类型的损伤，损伤的种类与程度取决于航天器的大小、构型、工作时间以及空间碎片的质量、密度、速度、撞击方向等特性。撞击损伤的类型包括壁板穿孔、压力容器破裂、舷窗玻璃退化、热控性能降低和密封舱泄漏。针对空间碎片的撞击威胁，航天工程通常的做法是：首先对航天器的空间碎片撞击风险进行评估，进而采取一定的防护措施提高航天器抵御空间碎片撞击的能力，防护措施包括调整航天器布局、更改飞行姿态、采用防护能力强的材料、增设专门的防护结构。对于长期在轨的载人航天器，一般综合采用上述措施来提高航天器在空间碎片环境中的生存能力。其中，专门防护结构是非常有效的防护手段，也是国际空间站和其他大型低轨长期运行的航天器惯用的防护措施。现有技术中，常规的专门防护结构为Whipple防护结构和填充式防护结构。Whipple防护结构的原理如下：粒子撞击缓冲屏后产生激波，如果粒子撞击速度足够高，形成的反射激波强度足够大，就可能使撞击粒子破碎、液化直至汽化，并形成碎片云，从而将撞击能量分散到更大面积的后墙上，进而消除或减少粒子对后墙的损坏；后墙捕获碎片云，保护航天器内部仪器设备。缓冲屏材料应具有以下特点：密度低；对弹丸(或二次碎片)具有良好的破碎能力；使碎片云产生大的扩散角；降低碎片云的撞击速度；缓冲屏本身产生的碎屑对后墙损坏威胁小。考虑到防护性能、结构刚度及防护成本的要求，外缓冲屏一般选用铝合金材料。为进一步瓦解弹丸碎片粒子，有效降低碎片云速度，国外采用在外缓冲屏和后墙中间增加填充屏，填充屏一般选取高弹性模量、高强度、低密度的纤维材料。在同等面密度下，填充式防护结构的防护能力远高于Whipple防护结构，这也是填充式防护结构(填充屏为Nextel312+kevlar)在国际空间站高风险区域得到广泛应用的原因。但目前国外所用的填充屏材料国内无法获得，因此需要选用具有优良性能的国产填充屏材料。近年来，出现了一些新型航天器，如充气展开式航天器，其在发射前经压缩、折叠减小发射体积，入轨后充气展开形成庞大的舱体。传统的刚性防护结构不能压缩或折叠，无法满足充气展开式航天器的需求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，通过设计填充屏，实现了结构整体折叠压缩，便于发射，弥补了传统防护结构可靠性较低的缺陷；通过粘连泡沫，达到了结构整体的防护间距突破火箭整流罩空间限制的技术效果，显著增强了防护能力，解决了传统防护结构耗能过大且环境适应性较差的问题。本专利技术的技术解决方案是：一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，包括缓冲屏、泡沫、填充屏和后墙；缓冲屏用于破裂空间碎片，泡沫用于调节防护结构的压缩量或膨胀量，填充屏用于瓦解空间碎片云，后墙用于捕获空间碎片云，缓冲屏、泡沫、填充屏、后墙通过粘着剂依次粘连。在上述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构中，所述缓冲屏采用板状结构，缓冲屏由玄武岩纤维编织而成，缓冲屏的编织层数不少于三层。在上述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构中，所述泡沫的材料采用聚氨酯，泡沫的密度不大于0.05g/cm3，泡沫的压缩率不小于80％。在上述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构中，所述填充屏采用板状结构，填充屏由玄武岩纤维编织而成。在上述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构中，所述填充屏包括第一屏和第二屏；第一屏和第二屏贴合，第一屏与缓冲屏之间粘连泡沫，第二屏与后墙之间粘连泡沫。在上述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构中，所述第一屏和第二屏均采用板状结构，第一屏由玄武岩纤维编织而成，第二屏由芳纶纤维编织而成。在上述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构中，所述第一屏的编织层数设为三层，第二屏的编织层数设为两层。在上述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构中，所述玄武岩纤维的纤维密度不大于2.7g/cm3，玄武岩纤维的纤维拉伸模量不小于70GPa，玄武岩纤维的纤维拉伸强度不小于2100MPa，玄武岩纤维的单层织物面密度不大于0.04g/cm2。在上述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构中，所述后墙采用板状结构，后墙由芳纶纤维或凯芙拉纤维编织而成，后墙的编织层数不少于十二层。在上述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构中，所述芳纶纤维或凯芙拉纤维的纤维密度均不大于1.5g/cm3，芳纶纤维或凯芙拉纤维的纤维拉伸模量均不小于80GPa，芳纶纤维或凯芙拉纤维的纤维拉伸强度均不小于3600MPa，芳纶纤维或凯芙拉纤维的单层织物面密度均不大于0.03g/cm2。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：【1】本专利技术形成的碎片云为粉末状物质，缓冲屏和填充屏破碎、熔化弹丸，高强度芳纶纤编织而成的后墙相较于传统的金属后墙，能够提供更高的冲击承载，泡沫可压缩或膨胀，防护结构自身可折叠，具备更好的适应性，具有非常广阔的市场前景并且极具工程应用潜力。【2】本专利技术整体结构紧凑，适用于多种工作环境，且具有较长的使用寿命，在复杂工况下依然能够良好运转，具有通用性强、适用范围广的特点。附图说明图1为本专利技术的结构图其中：1缓冲屏；2泡沫；3填充屏；301第一屏；302第二屏；4后墙；具体实施方式为使本专利技术的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本专利技术作进一步描述：如图1所示，一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，包括缓冲屏1、泡沫2、填充屏3和后墙4；缓冲屏1用于破裂空间碎片，泡沫2用于调节防护结构的压缩量或膨胀量，填充屏3用于瓦解空间碎片云，后墙4用于捕获空间碎片云，缓冲屏1、泡沫2、填充屏3、后墙4通过粘着剂依次粘连。优选的，缓冲屏1采用板状结构，缓冲屏1由玄武岩纤维编织而成，缓冲屏1的编织层数不少于三层。优选的，泡沫2的材料采用聚氨酯，泡沫2的密度不大于0.05g/cm3，泡沫2的压缩率不小于80％。优选的，填充屏3采用板状结构，填充屏3由玄武岩纤维编织而成。优选的，填充屏3包括第一屏301和第二屏302；第一屏301和第二屏302贴合，第一屏301与缓冲屏1之间粘连泡沫2，第二屏302与后墙4之间粘连泡沫2。优选的，第一屏301和第二屏302均采用板状结构，第一屏301由玄武岩纤维编织而成，第二屏302由芳纶纤维编织而成。优选的，第一屏301的编织层数设为三层，第二屏302的编织层数设为两层。优选的，玄武岩纤维的纤维密度不大于2.7g/cm3，玄武岩纤维的纤维拉伸模量不小于70GPa，玄武岩纤维的纤维拉伸强度不小于2100MPa，玄武岩纤维的单层织物面密度不大于0.04g/cm2。优选的，后墙4采用板状结构，后墙4由芳纶纤维或凯芙拉纤维编织而成，后墙4的编织层数不少于十二层。优选的，芳纶纤维或凯芙拉纤维的纤维密度均不大于1.5g/cm3，芳纶纤维或凯芙拉纤维的纤维拉伸模量均不小于80GPa，芳纶纤维或凯芙拉纤维的纤维拉伸强度均不小于3600MPa，芳纶纤维或凯芙拉纤维的单层织物面密度均不大于0.03g/cm2。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，其特征在于：包括缓冲屏(1)、泡沫(2)、填充屏(3)和后墙(4)；缓冲屏(1)用于破裂空间碎片，泡沫(2)用于调节防护结构的压缩量或膨胀量，填充屏(3)用于瓦解空间碎片云，后墙(4)用于捕获空间碎片云，缓冲屏(1)、泡沫(2)、填充屏(3)、后墙(4)通过粘着剂依次粘连。

【技术特征摘要】
1.一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，其特征在于：包括缓冲屏(1)、泡沫(2)、填充屏(3)和后墙(4)；缓冲屏(1)用于破裂空间碎片，泡沫(2)用于调节防护结构的压缩量或膨胀量，填充屏(3)用于瓦解空间碎片云，后墙(4)用于捕获空间碎片云，缓冲屏(1)、泡沫(2)、填充屏(3)、后墙(4)通过粘着剂依次粘连。2.根据权利要求1所述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，其特征在于：所述缓冲屏(1)采用板状结构，缓冲屏(1)由玄武岩纤维编织而成，缓冲屏(1)的编织层数不少于三层。3.根据权利要求1所述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，其特征在于：所述泡沫(2)的材料采用聚氨酯，泡沫(2)的密度不大于0.05g/cm3，泡沫(2)的压缩率不小于80％。4.根据权利要求1所述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，其特征在于：所述填充屏(3)采用板状结构，填充屏(3)由玄武岩纤维编织而成。5.根据权利要求1所述的一种基于高性能纤维织物和泡沫的柔性防护结构，其特征在于：所述填充屏(3)包括第一屏(301)和第二屏(302)；第一屏(301)和第二屏(302)贴合，第一屏(301)与缓冲屏(1)之间粘连泡沫(2)，第二屏(302)与后墙(4)之间粘连泡沫(2)。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑世贵，闫军，于登云，王巍，常洁，宫伟伟，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11