[发明专利]一种超高速撞击防护装置及方法

说明书

本发明涉及一种超高速撞击防护装置及方法，其中防护装置包括防护结构和高压电源，高压电源的一个供电端通过电缆与防护结构的前板连接，高压电源的另一个供电端通过电缆与防护结构的后墙连接；防护方法在监测到来袭物体后，同时启动高压电源，以使来袭物体撞击前板形成的碎片云在运动到接近所述后墙时，与后墙之间产生电流放电形成电弧，对碎片云造成破坏。本发明在现有防护结构的基础上，增加了高压电源给防护结构施加高电压，能够降低碎片云对后墙的撞击损伤。

技术领域

本发明涉及航天器防护技术领域，尤其涉及一种超高速撞击防护装置及方法。

背景技术

Whipple结构是航天器超高速撞击防护中使用的基本结构，一般包括两层具有一定间距的铝板，其中第一层铝板称为前板或缓冲屏，第二层铝板称为后墙，相当于舱壁。其基本防护原理是，利用前板与来袭物体的撞击使来袭物体充分破碎，形成碎片云；碎片云继续向前运动，其携带的动能在飞越两层铝板间距的过程中得到充分扩散，释放，然后后墙再对扩散后的碎片云进行阻挡，Whipple结构能够阻止或减弱太空来袭物体对航天器造成的损坏。

目前，在Whipple结构基础上发展了多种防护结构，它们基本是通过改善防护材料性能来提升防护能力，如采用密度梯度薄板、优选填充层及采用填充式泡沫铝防护结构，这些防护结构的防护效果受限于材料的强度、韧性、密度等性能。通常通过增加材料的厚度或填充层数来提高防护能力，但增加材料厚度或填充层数会影响防护结构的质量，并导致目标载荷成本的增加。

因此，针对以上不足，需要提供一种新思路的撞击防护结构，使其尤其适用于对小尺寸(厘米级以下)物体的超高速(速度不低于3km/s)撞击防护等场合，如航天器防护空间碎片撞击场合等。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有超高速撞击的防护结构通过增加材料的厚度或填充层数来提高防护性能，会影响防护结构整体的质量，并导致成本增加的缺陷，提供一种超高速撞击防护装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超高速撞击防护装置，包括：防护结构和高压电源，

高压电源的一个供电端通过电缆与防护结构的前板连接，高压电源的另一个供电端通过电缆与防护结构的后墙连接。

在根据本发明所述的超高速撞击防护装置中，还包括电源启动装置，用于检测来袭物体出现的信号，以同时启动高压电源。

在根据本发明所述的超高速撞击防护装置中，所述防护结构包括Whipple结构。

在根据本发明所述的超高速撞击防护装置中，所述防护结构包括多层铝板结构。

在根据本发明所述的超高速撞击防护装置中，所述防护结构包括填充式Whipple结构。

在根据本发明所述的超高速撞击防护装置中，所述前板与后墙的距离为80mm到120mm。

在根据本发明所述的超高速撞击防护装置中，所述前板与后墙的距离为100mm。

在根据本发明所述的超高速撞击防护装置中，所述高压电源为高压储能电容；

所述高压储能电容的电容量C通过以下公式确定：

C＝2E/U²，

其中，E表示预设的电容储能，单位为J；U表示电容储能电压，单位为V；

当来袭物体产生的碎片云被电弧放电熔解时，电容储能E为熔化能量E_λ：

E_λ＝mCΔT+mλ，

其中m表示碎片云质量；C表示来袭物体的比热容，ΔT表示来袭物体当前温度与溶解温度之差，λ为来袭物体的溶解热；