板间距对铝板多冲击结构高速撞击防护性能影响的试验研究

为了研究板间距变化对铝板多冲击结构高速撞击损伤与防护特性的影响,采用二级轻气炮发射铝球弹丸对具有不同板间距的双层、三层、四层和五层铝板结构进行了高速撞击试验,弹丸直径分别为3.97 mm、5 mm和6.35 mm,撞击速度为1.72~4.88 km/s,撞击角度为0°。结果表明:在铝球弹丸的弹道段撞击速度区间,板间距变化对铝板多冲击结构的高速撞击防护性能无显著影响;在铝球弹丸的破碎段撞击速度区间,对于相同的总防护间距,具有不同板间距的铝板多冲击结构的高速撞击防护性能存在明显差异;基于该试验数据定义的三层、四层和五层铝板结构的板间距因子,可为具有高效抗高速撞击能力的铝板多冲击结构的板间距设计提供依据。     

Investigation into debris cloud characterizations for oblique hypervelocity impact of projectiles on bumper

All long-duration spacecraft in low-earth-orbit are subject to high velocity impacts by meteoroids and space debris. Such impacts are expected to occur at non-normal incidence angles and can cause severe damage to the spacecraft and its external flight-eritical systems and possibly lead to catastrophic failure of the spacecraft. In order to ensure crew safety and proper funetion of internal and external spacecraft systems, the characteristics of a debris cloud generated by such impacts must be known. An analytical model is therefore developed for the characterization of the penetration and ricochet debris clouds created by tile hyperveloeity impact of an aluminum spherical projectile on an aluminum plate. This model employs normal and oblique shock wave theory to characterize the penetration and ricochet processes. The prediction results of center-of-mass trajectory, and leading velocity of penetration and ricochet debris clouds are obtained arid compared with numerical and experimental results in figures.     

铝双层板结构撞击损伤的板间距效应实验研究

为了研究空间碎片对航天器防护结构的超高速撞击损伤特性,采用二级轻气炮发射球形弹丸,对铝双层板结构进行了超高速撞击实验研究.弹丸直径为3.97 mm,撞击速度分别为(2.58±0.08)km/s、(3.54±0.25)km/s和(4.35±0.11)km/s,板间距为10~100 mm.实验得到了铝双层板结构在不同撞击速度区间的后板损伤模式.结果表明,弹丸撞击速度一定时,后板弹坑分布随前后板间距的不同而不同.前板背面返溅影响区和后板弹坑分布区随板间距的增大而增大,各弹坑分布区扩散角随板间距的增大而减小.     

超高速撞击加速技术及其应用研究

给出了二级轻气炮、三级轻气炮、静电加速器、等离子体加速器和聚能加速器等现代加速技术的原理，讨论了它们的弹丸质量和速度范围以及在超高速撞击实验中的应用．作为应用的例子给出了超高速撞击条件下航天器空间碎片防护结构以及压力容器损伤特性实验研究的结果．     

铝双层板结构超高速正撞击后板弹坑分布

利用二级轻气炮发射2017-T4铝合金球形弹丸,对铝合金双层板结构进行超高速正撞击试验研究,从而模拟空间碎片对航天器防护结构的撞击作用.弹丸直径为2.00～6.35 mm,弹丸撞击速度为1.50～6.98 km/s,撞击角度为0°,试验得到不同撞击速度区间内的铝合金双层板结构后板弹坑分布模式.分析铝合金双层板结构后板弹坑分布特性,建立预测铝合金球形弹丸超高速正撞击铝合金双层板结构后板弹坑分布的经验公式.结果表明,在正撞击条件下,铝合金双层板结构的后板弹坑呈圆形区域分布,后板弹坑分布区域随弹丸直径、撞击速度和前后板间距的增加而增大,弹丸的撞击破碎临界速度将影响后板的弹坑分布模式.     

不同环境温度下铝球高速撞击纤维布/铝板组合防护结构试验研究EI北大核心CSCD

利用二级轻气炮发射铝球弹丸,在不同环境温度下高速撞击经过高低温交变和电子辐照作用的纤维布/铝板组合防护结构,研究环境温度、高低温交变与电子辐照对防护结构高速撞击损伤与防护特性的影响。用于模拟空间碎片的铝球弹丸直径为3.97 mm,撞击速度为1.4~3.53 km/s,撞击角度为0°,环境温度分别为-100℃、20℃和200℃。结果表明,高温环境、高低温交变与电子辐照可导致纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能下降;低温环境可使纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能提高;高温环境和高低温交变对纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能的影响更加显著。     

椭球弹丸超高速撞击防护屏碎片云数值模拟

低地球轨道的各类航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击.本文采用AUTODYN软件进行了椭球弹丸超高速正撞击及斜撞击防护屏碎片云的数值模拟.给出了三维模拟的结果.研究了在相同质量的条件下,不同长径比椭球弹丸以不同速度和入射角撞击防护屏所产生碎片云的特性,并与球形弹丸撞击所应产生的碎片云特性进行了比较.结果表明:在相同的速度下,不同长径比椭球弹丸撞击的碎片云形状、质量分布和破碎程度是不同的,随撞击入射角的增加弹丸的破碎程度增大,滑弹碎片云的数量增加;随撞击速度的增加,弹丸的破碎程度也增加.     

超高速撞击压力容器碎片云与气体介质相互作用建模研究

针对超高速撞击压力容器碎片云与气体介质相互作用问题,首先,建立了碎片云的初始模型;然后,应用气固两相流理论对碎片云与气体介质的相互作用进行分析,建立了计算模型,并通过与实验结果的比较,验证了计算模型的有效性。在此基础上,考察了弹丸直径、撞击速度及气体介质压力对碎片云与气体介质相互作用的影响。研究结果表明:碎片云的尖端速度及径向扩展速度均随着弹丸直径的增加而增加,气体冲击波强度随着弹丸直径的增加而增强;随着撞击速度及气体介质压力的增加,碎片云尖端减速运动的加速度及径向减速运动的加速度均增大,气体冲击波强度随着撞击速度及气体介质压力的增加而增强,并且衰减速度增大。     

不同环境温度下铝球弹丸高速撞击编织物防护屏试验研究

利用二级轻气炮发射2017铝球弹丸,在两种环境温度下高速撞击编织物单防护屏结构和填充式结构,研究环境温度对铝网、玄武岩纤维布、Kevlar纤维布防护结构高速撞击损伤与防护特性的影响。用于模拟空间碎片的铝球弹丸直径为3.97mm,撞击速度为1.47~4.47 km/s,撞击角度为0°,环境温度分别为293 K和393 K。结果表明:当撞击条件相同时,在较高环境温度中,单防护屏结构的编织物防护屏及填充式结构的编织物填充层的撞击穿孔尺寸均增大,三种编织物单防护屏结构的高速撞击防护能力下降,铝网及玄武岩纤维布填充式结构的高速撞击防护性能降低,Kevlar纤维布填充式结构的高速撞击防护性能提高。     

铝球弹丸超高速正撞击铝Whipple防护结构舱壁的损伤分析

低地球轨道上的航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击,导致其严重的损伤甚至灾难性的失效。撞击损伤特性研究是航天器防护设计的一个重要问题。采用实验和数值仿真方法,对铝球弹丸超高速正撞击铝合金Whipple防护结构的舱壁损伤特性进行了研究,从而模拟空间碎片对航天器舱壁的超高速撞击作用,并利用AUTODYN-2D软件获得的仿真结果与实验结果进行比较,二者具有较好的一致性。分析了铝合金Whipple防护结构舱壁撞击损伤随弹丸直径、撞击速度和防护间距变化的规律,指出影响舱壁撞击损伤特性的主要因素。