纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，包括外層平板、內(nèi)層平板、波紋板、纖維棒和填充樹脂；外層平板與內(nèi)層平板平行，所述波紋板設(shè)置在外層平板和內(nèi)層平板之間，波紋板的波紋延伸方向與外層平板平行，纖維棒設(shè)置于外層平板和波紋板圍成的空腔中以及內(nèi)層平板和波紋板圍成的空腔中，并在上述空腔中均填滿填充樹脂。本發(fā)明能夠有效地抵御空間碎片對航天器外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部設(shè)施的撞擊損傷，起到良好的防護作用并有效減小附加防護質(zhì)量。
【專利說明】纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間碎片防護領(lǐng)域，具體涉及一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，人類的航天活動日益頻繁，從而導(dǎo)致空間環(huán)境日趨復(fù)雜，空間碎片的數(shù)量也逐年增多?？臻g碎片與航天器撞擊的平均相對速度可達(dá)10 km/s，超高速撞擊引起的機械損傷效應(yīng)嚴(yán)重威脅著在軌航天器的安全運行。因此，航天器防護結(jié)構(gòu)設(shè)計是空間碎片防護領(lǐng)域的研究重點。
[0003]目前國內(nèi)外普遍采用的空間碎片防護結(jié)構(gòu)主要基于Whipple于1947年提出的Whipple防護結(jié)構(gòu)。迄今為止，在其基礎(chǔ)上已經(jīng)設(shè)計開發(fā)出了單緩沖板Whipple防護結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格雙緩沖板防護結(jié)構(gòu)、多層沖擊防護結(jié)構(gòu)和夾層復(fù)合防護結(jié)構(gòu)等防護構(gòu)型。這些傳統(tǒng)的防護結(jié)構(gòu)在空間碎片防護中取得了一定的成效，但隨著空間碎片環(huán)境的日趨惡化，航天器防護任務(wù)也愈發(fā)艱巨，傳統(tǒng)的防護結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難滿足防護需求。為了更好地提升航天器的防護性能，同時盡可能地減少防護結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量，必須開發(fā)新型的防護結(jié)構(gòu)并研制先進的防護材料。
[0004]我國對空間碎片防護問題的研究起步較晚，在相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】中一直處于落后狀態(tài)。先進防護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化以及高性能防護材料的研制是我國在航天器空間碎片防護研究中的重點方向，以最小的防護結(jié)構(gòu)重量實現(xiàn)最大的防護效能是此類研究的中心目標(biāo)，因此開發(fā)新型的輕量化防護結(jié)構(gòu)勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，能夠使航天器有效抵抗空間碎片的高速撞擊，同時實現(xiàn)防護結(jié)構(gòu)的輕量化。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，包括外層平板、內(nèi)層平板、波紋板、纖維棒和填充樹脂；外層平板與內(nèi)層平板平行，所述波紋板設(shè)置在外層平板和內(nèi)層平板之間，波紋板的波紋延伸方向與外層平板平行，纖維棒設(shè)置于外層平板和波紋板圍成的空腔中以及內(nèi)層平板和波紋板圍成的空腔中，并在上述空腔中均填滿填充樹脂。
[0007]所述波紋板的波紋形狀為三角形或梯形。
[0008]所述纖維棒結(jié)構(gòu)為圓柱體，上述圓柱體外表面與其所在空腔的三個接觸面均相切。
[0009]上述圓柱體體外表面與其所在空腔的三個接觸面中必有一個接觸面為外層平板或內(nèi)層平板。
[0010]所述外層平板、內(nèi)層平板以及波紋板的材料相同，為鋁合金、鈦合金或鎂合金。
[0011]所述纖維棒材料為玄武巖纖維、碳纖維或玻璃纖維。
[0012]上述填充樹脂為環(huán)氧樹脂。[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點:(1)結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外層平板和波紋板均可以有效分解高速撞擊的空間碎片，分散并削弱其損傷能量，三者的組合應(yīng)用使得空間碎片在撞擊本結(jié)構(gòu)時，將連續(xù)受到三次阻擋，這將對空間碎片進行更加充分的分解，并大幅度降低碎片云的速度，防護效果更加顯著；
(2)結(jié)構(gòu)中的纖維棒具有極高的強度，能夠增強防護結(jié)構(gòu)的整體強度，防止結(jié)構(gòu)在受空間碎片撞擊時發(fā)生嚴(yán)重破壞，同時纖維棒能夠有效阻擋碎片的穿過，大幅度地削減碎片云的運動速度，使防護結(jié)構(gòu)更加有效地分散碎片云的能量；此外，纖維棒的密度較低，可在一定程度上減輕防護結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；
(3)結(jié)構(gòu)中的填充樹脂亦可對空間碎片進行破碎和熔化，吸收其撞擊能量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)的裝配示意圖，其中圖(a)中波紋板的波紋形狀為三角形，圖(b)中波紋板的波紋形狀為梯形。
[0015]【具體實施方式】
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。
[0016]一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，包括外層平板1、內(nèi)層平板3、波紋板2、纖維棒4和填充樹脂5 ;外層平板I與內(nèi)層平板3平行，所述波紋板2設(shè)置在外層平板I和內(nèi)層平板3之間，波紋板2的波紋延伸方向與外層平板I平行，纖維棒4設(shè)置于外層平板I和波紋板2圍成的空腔中以及內(nèi)層平板3和波紋板2圍成的空腔中，并在上述空腔中均填滿填充樹脂5。
[0017]所述波紋板2的波紋形狀為三角形或梯形。
[0018]所述纖維棒4結(jié)構(gòu)為圓柱體，上述圓柱體外表面與其所在空腔的三個接觸面均相切。
[0019]上述圓柱體體外表面與其所在空腔的三個接觸面中必有一個接觸面為外層平板I或內(nèi)層平板3。
[0020]所述外層平板1、內(nèi)層平板3以及波紋板2的材料相同，為鋁合金、鈦合金或鎂合金。
[0021]所述纖維棒4材料為玄武巖纖維、碳纖維或玻璃纖維。
[0022]上述填充樹脂5為環(huán)氧樹脂。
[0023]實施例1
參照圖1(a)，一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，包括外層平板1、內(nèi)層平板3、設(shè)置在內(nèi)外層平板中間的波紋板2、設(shè)置在內(nèi)外層平板和波紋板圍成空腔中的圓柱形纖維棒4和填充在空隙中的樹脂5。外層平板1、波紋板2和內(nèi)層平板3的構(gòu)成材料可選擇輕質(zhì)合金，鈦合金；外層平板1、內(nèi)層平板3和波紋板2的厚度可以相同；波紋板的波紋形狀為三角形；纖維棒4的材料為碳纖維；填充樹脂5為低密度環(huán)氧樹脂；外層平板1、波紋板2和內(nèi)層平板3通過專用粘合劑粘接為一體，纖維棒4插入內(nèi)外層平板和波紋板圍成的空腔中，最后使用低密度樹脂5進行填充封裝，以形成一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)。
[0024]實施例2
參照圖1(b)，一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，包括外層平板1、內(nèi)層平板3、設(shè)置在內(nèi)外層平板中間的波紋板2、設(shè)置在內(nèi)外層平板和波紋板圍成空腔中的圓柱形纖維棒4和填充在空隙中的樹脂5。外層平板1、波紋板2和內(nèi)層平板3的構(gòu)成材料可選擇輕質(zhì)合金，如鋁合金；外層平板1、內(nèi)層平板3和波紋板2的厚度可以相同；波紋板的波紋形狀為梯形；纖維棒4的為玄武巖纖維；填充樹脂5為低密度環(huán)氧樹脂；外層平板1、波紋板2和內(nèi)層平板3通過專用粘合劑粘接為一體，纖維棒4插入內(nèi)外層平板和波紋板圍成的空腔中，最后使用低密度樹脂5進行填充封裝，以形成一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)。
[0025]本發(fā)明外層平板1、內(nèi)層平板3和波紋板2均可以有效分解高速撞擊的空間碎片，分散并削弱其損傷能量，三者的組合應(yīng)用使得空間碎片在撞擊本結(jié)構(gòu)時，將連續(xù)受到三次阻擋，這將對空間碎片進行更加充分的分解，并大幅度降低碎片云的速度，防護效果更加顯著。
[0026]纖維棒4具有極高的強度，能夠增強防護結(jié)構(gòu)的整體強度，防止結(jié)構(gòu)在受空間碎片撞擊時發(fā)生嚴(yán)重破壞，同時纖維棒4能夠有效阻擋碎片的穿過，大幅度地削減碎片云的運動速度，使防護結(jié)構(gòu)更加有效地分散碎片云的能量；此外，纖維棒4的密度較低，可在一定程度上減輕防護結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
[0027]填充樹脂5亦可對空間碎片進行破碎和熔化，吸收其撞擊能量。
[0028]綜上所述，空間碎片在穿過本發(fā)明結(jié)構(gòu)的過程中，將受到各個部分的聯(lián)合分解作用，損傷能量將被大幅度分散和吸收。因此，本發(fā)明的纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)能夠有效地抵御空間碎片對航天器外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部設(shè)施的撞擊損傷，起到良好的防護作用并有效減小附加防護質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括外層平板(I)、內(nèi)層平板(3)、波紋板(2)、纖維棒(4)和填充樹脂(5);外層平板(I)與內(nèi)層平板(3)平行，所述波紋板(2)設(shè)置在外層平板(I)和內(nèi)層平板(3)之間，波紋板(2)的波紋延伸方向與外層平板(I)平行，纖維棒(4)設(shè)置于外層平板(I)和波紋板(2)圍成的空腔中以及內(nèi)層平板(3)和波紋板(2)圍成的空腔中，并在上述空腔中均填滿填充樹脂(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述波紋板(2)的波紋形狀為三角形或梯形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述纖維棒(4)結(jié)構(gòu)為圓柱體，上述圓柱體外表面與其所在空腔的三個接觸面均相切。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:上述圓柱體體外表面與其所在空腔的三個接觸面中必有一個接觸面為外層平板(I)或內(nèi)層平板(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述外層平板(I)、內(nèi)層平板(3)以及波紋板(2)的材料相同，為鋁合金、鈦合金或鎂合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述纖維棒(4)材料為玄武巖纖維、碳纖維或玻璃纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維棒填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:上述填充樹脂(5)為環(huán)氧樹脂。
【文檔編號】B64G1/52GK104029827SQ201410264475
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】郭銳, 周昊, 南博華, 楊天豪, 申世軍 申請人:南京理工大學(xué)