本發(fā)明涉及毫米級(jí)空間碎片超高速撞擊防護(hù)領(lǐng)域，具體是一種智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、由于早期發(fā)射的一些已退役的衛(wèi)星等航天器以及燃料已經(jīng)耗盡的火箭助推器等仍在軌道上飛行，使得軌道上存在著大量失效的人造物體，而地球軌道上和進(jìn)入大氣層的包括破片和部件在內(nèi)的所有已失去功能的人造物體”被定義為“空間碎片”，這些空間碎片與航天器超高速撞擊的危險(xiǎn)嚴(yán)重威脅著航天器的在軌運(yùn)行安全。對(duì)于微小尺寸的空間碎片目前工程上廣泛采用whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)。

2、目前國(guó)內(nèi)已有的防護(hù)結(jié)構(gòu)中常用金屬類(lèi)防護(hù)材料主要是鋁合金，也使用鋼，防護(hù)屏形式包括鋁合金板、鋁蜂窩板、鋁網(wǎng)及鋼絲網(wǎng)等，但由于質(zhì)量大、體積大、發(fā)射成本高、在軌組裝難度大，將難以滿(mǎn)足未來(lái)航天發(fā)展的需要。

3、為了設(shè)計(jì)與制造出質(zhì)量更輕、體積更小結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單的防護(hù)結(jié)構(gòu)，需要引入新材料與技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供了一種智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)及其使用方法，采用形狀記憶合金絲與高性能纖維一起編織，通過(guò)設(shè)定形狀記憶合金絲初始形狀以及形狀記憶溫度范圍，可在達(dá)到溫度范圍后迅速恢復(fù)初始形狀，該過(guò)程可無(wú)數(shù)次重復(fù)且不影響織物的形狀保持特性，并且在折疊狀態(tài)下可以節(jié)省體積降低發(fā)射成本。

2、本發(fā)明提供了一種智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括依次連接的復(fù)合材料緩沖屏、編織織物、復(fù)合材料后墻，所述編織織物為高性能纖維和形狀記憶合金絲混合編織而成。

3、所述編織織物為多層織物，包括基礎(chǔ)組織和接結(jié)組織，接結(jié)組織連接形成工字型結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)組織為平紋、斜紋、緞紋中的任意一種，接結(jié)組織為平紋組織、正交組織、經(jīng)重平組織、緯重平組織等組織中的任意一種。

4、所述編織織物主體結(jié)構(gòu)為高性能纖維編織物，編織織物中經(jīng)向的高性能纖維間隔替換為形狀記憶合金絲。

5、所述形狀記憶合金絲的記憶效應(yīng)為單程記憶效應(yīng)、雙程記憶效應(yīng)、全程記憶效應(yīng)中的任意一種，形狀記憶合金絲通過(guò)熱處理方式設(shè)定其初始形狀以及形狀記憶溫度范圍。

6、所述復(fù)合材料緩沖屏、復(fù)合材料后墻的厚度為5～10?mm，采用的纖維是碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的任意一種；所述編織織物的i型壁厚為1～3?mm，單胞的邊長(zhǎng)為10～40?mm。

7、所述編織織物分別與復(fù)合材料緩沖屏、復(fù)合材料后墻膠結(jié)，所使用的膠黏劑是環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑、酚醛樹(shù)脂膠黏劑、聚氨酯膠黏劑、聚苯乙烯膠黏劑、氯化聚丙烯膠黏劑中的任意一種，膠黏劑厚度為0.03~0.05mm。

8、本發(fā)明還提供了一種智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)的使用方法，包括以下步驟：

9、s1、制備智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)，具體步驟如下：

10、s11、根據(jù)編織織物的組織結(jié)構(gòu)、單胞尺寸、整體尺寸繪制編織織物經(jīng)向截面圖，再對(duì)應(yīng)經(jīng)向截面圖繪制編織織物組織圖，然后利用片梭織機(jī)完成編織織物的織造，在織造時(shí)采取間隔更換的方式將經(jīng)向高性能纖維更換為形狀記憶合金絲；

11、s12、通過(guò)熱處理方式設(shè)定形狀記憶合金絲的初始形狀及其形狀記憶溫度范圍；

12、s13、制備復(fù)合材料緩沖屏和復(fù)合材料后墻；

13、s14、制備編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)，編織織物與上下復(fù)合材料緩沖屏、復(fù)合材料后墻膠結(jié)；

14、s2、將制成的智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)在外力作用下變成折疊狀態(tài)壓縮發(fā)射體積并發(fā)射到太空，進(jìn)入外太空環(huán)境后由于外太空溫差變化大，智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)自行恢復(fù)到設(shè)定記憶狀態(tài)。

15、所述步驟s13中，復(fù)合材料緩沖屏、復(fù)合材料后墻的制備方法為包括但不局限于真空輔助樹(shù)脂注射成型、熱壓成型、模壓成型工藝。

16、步驟s13中復(fù)合材料緩沖屏和復(fù)合材料后墻制備方法具體如下：取纖維預(yù)浸料，鋪層角度為正交鋪層、準(zhǔn)各向同性鋪層中的一種，再使用熱壓機(jī)熱壓成型或采取模壓成型；或取已經(jīng)織成的纖維織物，在適量的樹(shù)脂加入定比例的固化劑充分?jǐn)嚢韬蠓湃霕?shù)脂收集器進(jìn)行脫泡處理，再使用真空負(fù)壓輔助樹(shù)脂注射成型。

17、步驟s12中，熱處理過(guò)程采用高溫加熱爐加熱，預(yù)定溫度為5~30℃，加熱溫度為400~500℃。

18、本發(fā)明有益效果在于：

19、1、本發(fā)明通過(guò)紡織工藝，有效減輕了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，不易分層且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定整體性強(qiáng)。

20、2、本發(fā)明采用形狀記憶合金絲與高性能纖維一起編織，通過(guò)設(shè)定形狀記憶合金絲初始形狀以及形狀記憶溫度范圍，可在達(dá)到溫度范圍后迅速恢復(fù)初始形狀，該過(guò)程可無(wú)數(shù)次重復(fù)且不影響織物的形狀保持特性。并且在折疊狀態(tài)下可以節(jié)省體積降低發(fā)射成本。

21、3、本發(fā)明通過(guò)采用復(fù)合材料緩沖屏與后墻和傳統(tǒng)的鋁合金屏相比，可以更充分的破碎空間碎片使其化為更小尺寸，再經(jīng)過(guò)展開(kāi)后的間隔消耗空間碎片的能量從而被后屏攔截。

技術(shù)特征：

1.一種智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括依次連接的復(fù)合材料緩沖屏、編織織物、復(fù)合材料后墻，其特征在于：所述編織織物為高性能纖維和形狀記憶合金絲混合編織而成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述編織織物為多層織物，包括基礎(chǔ)組織和接結(jié)組織，基礎(chǔ)組織為平紋、斜紋、緞紋中的任意一種，接結(jié)組織為平紋組織、正交組織、經(jīng)重平組織、緯重平組織等組織中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述編織織物主體結(jié)構(gòu)為高性能纖維編織物，編織織物中經(jīng)向的高性能纖維間隔替換為形狀記憶合金絲。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述形狀記憶合金絲的記憶效應(yīng)為單程記憶效應(yīng)、雙程記憶效應(yīng)、全程記憶效應(yīng)中的任意一種，形狀記憶合金絲通過(guò)熱處理方式設(shè)定其初始形狀以及形狀記憶溫度范圍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述復(fù)合材料緩沖屏、復(fù)合材料后墻的厚度為5～10?mm，采用的纖維是碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的任意一種；所述編織織物的i型壁厚為1～3?mm，單胞的邊長(zhǎng)為10～40?mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述編織織物分別與復(fù)合材料緩沖屏、復(fù)合材料后墻膠結(jié)，所使用的膠黏劑是環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑、酚醛樹(shù)脂膠黏劑、聚氨酯膠黏劑、聚苯乙烯膠黏劑、氯化聚丙烯膠黏劑中的任意一種，膠黏劑厚度為0.03~0.05mm。

7.一種智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)的使用方法，其特征在于包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)的使用方法，其特征在于：所述步驟s13中，復(fù)合材料緩沖屏、復(fù)合材料后墻的制備方法為包括但不局限于真空輔助樹(shù)脂注射成型、熱壓成型、模壓成型工藝。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)的使用方法，其特征在于：步驟s13中復(fù)合材料緩沖屏和復(fù)合材料后墻制備方法具體如下：取纖維預(yù)浸料，鋪層角度為正交鋪層、準(zhǔn)各向同性鋪層中的一種，再使用熱壓機(jī)熱壓成型或采取模壓成型；或取已經(jīng)織成的纖維織物，在適量的樹(shù)脂加入定比例的固化劑充分?jǐn)嚢韬蠓湃霕?shù)脂收集器進(jìn)行脫泡處理，再使用真空負(fù)壓輔助樹(shù)脂注射成型。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)的使用方法，其特征在于：步驟s12中，熱處理過(guò)程采用高溫加熱爐加熱，預(yù)定溫度為5~30℃，加熱溫度為400~500℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種智能折疊展開(kāi)編織三明治防護(hù)結(jié)構(gòu)及其使用方法，該結(jié)構(gòu)包括依次連接的復(fù)合材料緩沖屏、編織織物、復(fù)合材料后墻，所述編織織物為高性能纖維和形狀記憶合金絲混合編織而成。本發(fā)明制成的編織防護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)定形狀記憶合金絲初始形狀以及形狀記憶溫度范圍，可在達(dá)到溫度范圍后迅速恢復(fù)初始形狀，該過(guò)程可無(wú)數(shù)次重復(fù)且不影響織物的形狀保持特性，并且在折疊狀態(tài)下可以節(jié)省體積降低發(fā)射成本。

技術(shù)研發(fā)人員：羅聰,強(qiáng)鷺升,張瑞,倪長(zhǎng)也
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/6/30