超高速撞擊玄武巖及Kevlar纖維布填充防護結構優(yōu)化設計.pdf

1、隨著空間科學技術的快速發(fā)展，世界各國越來越重視航天器空間碎片的防護問題。大量的高強度纖維被用作填充材料，減輕了航天器的重量，增加了航天器的發(fā)射能力。目前應用最廣泛的是Nextel和Kevlar纖維。由于我國目前沒有能力制造Nextel陶瓷纖維，因此探索出具有類似性質(zhì)且防護性能優(yōu)良的填充材料是我們目前的重要任務。最終縮小我國與歐美等發(fā)達國家在空間碎片防護領域的差距。
　　本文利用哈爾濱工業(yè)大學超高速撞擊中心的二級輕氣炮，比較系統(tǒng)的研

2、究了國產(chǎn)陶瓷纖維玄武巖和芳綸纖維Kevlar作為填充材料的防護效果及其損傷機理。主要研究內(nèi)容有：對于玄武巖、涂環(huán)氧樹脂玄武巖及Kevlar纖維布填充Whipple防護結構進行超高速撞擊試驗。利用數(shù)碼相機及數(shù)碼顯微鏡觀察分析不同速度區(qū)纖維布的損傷形態(tài)及其機理。得到Kevlar纖維具有很強的拉伸塑性變形率，低速區(qū)依靠纖維絲的塑性變形及斷裂降低彈丸的速度；高速區(qū)（速度為2.97km/s時）纖維絲出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，速度繼續(xù)提高后出現(xiàn)碳化的現(xiàn)象。玄武

3、巖纖維布損傷區(qū)域有大量斷裂的短小纖維絲，高速區(qū)出現(xiàn)纖維絲高溫碳化的現(xiàn)象。通過涂環(huán)氧樹脂增加了玄武巖纖維的正交各向異性和各纖維之間的相互作用力，損傷區(qū)域明顯小于同速度條件下的玄武巖纖維布。通過超高速撞擊玄武巖、涂環(huán)氧樹脂玄武巖及 Kevlar纖維布填充 Whipple防護結構實驗，得到了填充 Whipple防護結構的防護性能。通過比較單層與雙層Kevlar纖維布填充防護結構，得到分層可以提高防護結構的防護性能。與美國研究的Nextel/K