火山巖彈丸超高速撞擊航天器損傷特性研究.pdf

1、隨著深空探測和中國探月計(jì)劃的實(shí)施，為了保障航天器安全運(yùn)行，需要進(jìn)一步研究微流星體超高速撞擊對航天器防護(hù)結(jié)構(gòu)的損傷特性。由于毫米級微流星體尺寸小，難以觀測和預(yù)報(bào)，一般采用被動防護(hù)措施來保護(hù)航天器的安全運(yùn)行。因此，掌握防護(hù)結(jié)構(gòu)受毫米級微流星體超高速撞擊的損傷特性有助于其優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　首先，通過對微流星體環(huán)境調(diào)研，分析微流星體分布規(guī)律、化學(xué)成分和物理力學(xué)特性。基于化學(xué)物理性質(zhì)相似性，選取火山巖作為微流星體典型模擬材料。針對航天器典型防

2、護(hù)材料和結(jié)構(gòu)，開展了火山巖彈丸超高速撞擊地面模擬實(shí)驗(yàn)。
　　目前國內(nèi)采取先進(jìn)的二級輕氣炮作為毫米級彈丸超高速發(fā)射裝置。由于發(fā)射過程中會產(chǎn)生沖擊波和高溫等不利環(huán)境，可能導(dǎo)致脆性火山巖材料發(fā)生破碎以及不規(guī)則彈丸彈道偏離現(xiàn)象，這是模擬微流星體輕質(zhì)彈丸發(fā)射時(shí)所要面對的一項(xiàng)技術(shù)難題。本文通過探討超高速發(fā)射中沖擊波的作用，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)了對火山巖高脆性、低密度彈丸在1-3.3 km/s的成功發(fā)射。
　　其次，根據(jù)火山巖微觀幾何結(jié)構(gòu)，

3、采用ANSYS建立了其微幾何模型，并利用ANSYS/LS-DYNA求解，數(shù)值模擬的可靠性得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。進(jìn)一步進(jìn)行了撞擊速度介于1-10km/s范圍內(nèi)的數(shù)值模擬，分析了防護(hù)結(jié)構(gòu)的損傷。
　　最后，開展了火山巖超高速撞擊蜂窩夾層結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究，并利用SPH-Lagrange耦合的方法，進(jìn)行了火山巖超高速撞擊蜂窩結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬分析。分析了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)受火山巖超高速撞擊過程中，前后夾板以及蜂窩芯與彈丸之間的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，蜂窩的前后