充气展开月面居住舱微流星体防护及隔热设计

为满足月面居住舱轻质、大容积、高防护性能的要求,提出并设计了一种具有多层夹芯多功能防护层的充气展开月面居住舱,研制了充气展开月面居住舱样机,分析了舱体的微流星体超高速碰撞防护及隔热性能,并测试了折叠与展开性能。结果表明:充气展开月面居住舱具有很好的微流星体防护和隔热性能、较高的折叠效率,可快速平稳地充气展开成型为大容积月面居住舱,为航天员提供安全舒适的月面工作和生活环境。

可刚化充气框架式太阳翼设计及振动特性分析

针对刚性铰链驱动展开的太阳翼结构刚度较低带来的持续振动问题,提出了一种可刚化充气框架式太阳翼方案,分析并得到了充气管直径对充气框架式太阳翼振动特性的影响规律。在此基础上,设计并研制了太阳翼结构样机,开展了样机折叠、充气展开、结构刚化试验及振动性能试验测试。结果表明:充气框架式太阳翼可柔性折叠、发射体积小、可在轨展开并刚化成型为大面积太阳翼;结构无机械铰链,充气驱动展开过程平稳可靠,展开扰动小;刚化后结构刚度高、振动基频高(测试样机振动基频为7.5 Hz);建造和发射成本低,可应用于构建大型卫星平台、空间站等所需大面积太阳翼。

UHMWPE的应变率效应及其对超高速碰撞特性的影响

为分析超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)的应变率效应及其对超高速碰撞特性的影响规律,采用万能材料试验机和分离式霍普金森拉杆对UHMWPE纤维束进行静、动态拉伸实验,获得了不同应变率下材料的应力-应变关系,并进一步开展了UHMWPE纤维织物的超高速碰撞数值模拟。结果表明,UHMWPE的拉伸模量和强度均随应变率的升高而逐渐增大。随着材料应变率敏感系数的增大,防护结构对弹丸动能的吸收率呈现先减小后增大的趋势。

纤维织物超高速碰撞热-力学特性数值模拟

针对纤维织物防护结构在空间碎片超高速碰撞下发生的变形、破碎及温升、相变等热-力学问题,引入Johnson-Cook模型及Gruneisen状态方程,结合纤维织物纱线编织几何模型及FEM-SPH耦合算法,建立了纤维织物超高碰撞数值模型,并研究了纤维织物强度对超高速碰撞热-力学特性的影响规律。结果表明:随着纤维织物强度的增加,纤维织物防护结构对弹丸的动能吸收能力增强;纤维织物碰撞区域热效应显著,随着纤维织物强度的增加,碰撞区域中心的热效应先增强后减弱;当纤维织物强度在2000 MPa附近时,碰撞区域中心的热效应较为显著。

空间站充气式垃圾舱结构方案研究

针对空间站废物垃圾的储放需求,提出了一种充气式垃圾舱方案,其主体结构为充气囊体,柔性可折叠,经折叠包装后发射入轨,在轨充气展开成型。研制了垃圾舱结构样机,测试了其折叠展开、密封及承内压等性能。结果表明,研制的充气式垃圾舱可柔性折叠,折叠效率高,质量轻,可充气展开为大容积密封舱,展开后具有良好的承压和密封能力,可满足垃圾投放及航天员短暂进出等期间的保压要求。充气式垃圾舱结构简单,制造和发射成本低,可实现空间站废物垃圾的单独储放,有效释放航天员生活空间,并消除废物垃圾等产生的微生物对航天员的健康威胁。

纤维织物超高速碰撞热-力学模型与分析

考虑纤维织物碰撞过程中的生热、应变率强化及高温软化效应,引入Johnson-Cook模型及Gruneisen状态方程,建立纤维本构模型,基于FEM-SPH耦合算法,考虑纤维织物的纱线编织结构,建立了纤维织物超高速碰撞热-力学单胞模型。该模型可给出纤维织物超高速碰撞过程中的侵彻、破碎、应力、应变等力学信息,及纤维织物的生热和温度场等热学信息,模型分析与试验结果具有较好的一致性。

屏间充气展开式多屏防护结构及其防护性能分析

为提高航天器空间碎片防护结构的防护性能,减小其发射体积,提出了一种可折叠发射的屏间充气展开式多屏防护结构,通过充气展开支撑管在轨充气展开,成型为多屏大间距防护结构。分析了展开式多屏防护结构的空间碎片防护性能,得到了屏间距对多屏结构防护性能的影响规律。结果表明:在相同面密度下,展开式多屏防护结构的防护性能显著优于单屏防护结构,且其防护性能随屏间距的增大而提高。