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摘要

采用二级轻气炮对航天器太阳电池阵开展了超高速撞击地面模拟试验, 研究了不同撞击位置、撞击速度、弹丸直径等工况下太阳电池阵的机械损伤特性. 试验结果显示: 地面模拟试验产生的穿孔区、玻璃盖片剥落区、裂纹扩展区等损伤形貌与在轨撞击产生的损伤形貌符合良好; 穿孔直径和玻璃盖片剥落区直径与弹丸的直径和撞击速度相关. 建立了撞击角为0°时太阳电池阵穿孔直径、玻璃盖片剥落区直径的损伤方程. 本文的研究方法对我国航天器太阳电池阵超高速撞击损伤特征研究有借鉴意义, 所建立的损伤方程对我国航天工程实践具有重要的工程应用价值.

关键词:

Abstract

Using two-stage light gas gun, we study the hypervelocity impact characteristics of spacecraft key component, solar cell arrays. The damage morphologies in the ground simulation tests match well with those on-situ orbital impacts. The main characteristics of mechanical damage, including the central pit, cover glass shatter zone, and conchiodal spallation, are measured by using a microscope under 20 times magnification. To study the mechanical damage properties in solar arrays, we carry out 15 shots totally, under different impact locations, impact velocities, and particle diameters. Under the condition of impact angel of zero degree, the damage equation of perforation diameter of solar arrays and the damage equation of the diameter of shatter zone in cover glass are developed, respectively. The results show that the perforation diameter and the diameter of cover glass shatter zone are mainly related to the diameter of particle with 2/3 power, while related to the velocity of impact with 1/6 power. Compared with the damage equation in the literature, the damage equations in this article are very suitable for describing hypervelocity impact damage properties of solar arrays used in our country's spacecraft. The results are of significance for our country's aerospace engineering.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:牛锦超,51506283@qq.com

基金项目:国家重点基础研究发展计划(批准号: 2010 CB731600)和国家国防科工局空间碎片专项(批准号: KJSP06209)资助的课题

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Niu Jin-Chao,51506283@qq.com

Funds:Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant Nos. 2010 CB731600) and the Specialized Research Program for the Protection against Space Debris of China (Grant No. KJSP06209)

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参考文献

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施引文献

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试样编号	弹丸直径d/mm	弹丸速度v/km·s^–1	穿孔直径D_h/mm	剥落区直径D_s/mm	撞击点	分组
No.01	3.04	3.213	3.91	8.15	A	1
No.02	3.02	6.245	5.17	11.93	B	1
No.03	3.04	6.093	4.81	10.65	A	2
No.04	5.00	6.301	7.16	14.42	A	1
No.05	5.00	4.097	6.31	12.65	A	1
No.06	5.00	5.242	6.67	13.83	A	2
No.07	4.02	6.581	5.86	11.70	A	1
No.08	5.00	3.247	6.37	19.15	B	1
No.10	5.00	4.332	6.70	13.50	B	1
No.11	4.04	5.127	5.58	18.26	C	1
No.12	5.00	3.205	6.90	12.83	C	2
No.14	2.04	6.398	4.21	10.06	B	1
No.15	1.00	6.675	2.48	5.93	A	1
No.16	4.52	5.892	7.07	17.92	B	2

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试样编号	弹丸直径d/mm	弹丸速度v/km·s^–1	穿孔直径D_h/mm	撞击位置类型	本文方程预测D_h值	预测误差
No.03	3.04	6.093	4.81	A	5.05	5.0%
No.06	5.00	5.242	6.67	A	6.86	2.8%
No.12	5.00	3.205	6.90	B	6.32	–8.4%
No.16	4.52	5.892	7.07	A	6.54	–7.5%

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