智能折叠展开编织三明治防护结构及其使用方法

本发明涉及毫米级空间碎片超高速撞击防护领域，具体是一种智能折叠展开编织三明治防护结构及其使用方法。

背景技术：

1、由于早期发射的一些已退役的卫星等航天器以及燃料已经耗尽的火箭助推器等仍在轨道上飞行，使得轨道上存在着大量失效的人造物体，而地球轨道上和进入大气层的包括破片和部件在内的所有已失去功能的人造物体”被定义为“空间碎片”，这些空间碎片与航天器超高速撞击的危险严重威胁着航天器的在轨运行安全。对于微小尺寸的空间碎片目前工程上广泛采用whipple防护结构。

2、目前国内已有的防护结构中常用金属类防护材料主要是铝合金，也使用钢，防护屏形式包括铝合金板、铝蜂窝板、铝网及钢丝网等，但由于质量大、体积大、发射成本高、在轨组装难度大，将难以满足未来航天发展的需要。

3、为了设计与制造出质量更轻、体积更小结构更加简单的防护结构，需要引入新材料与技术对传统结构进行改进。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种智能折叠展开编织三明治防护结构及其使用方法，采用形状记忆合金丝与高性能纤维一起编织，通过设定形状记忆合金丝初始形状以及形状记忆温度范围，可在达到温度范围后迅速恢复初始形状，该过程可无数次重复且不影响织物的形状保持特性，并且在折叠状态下可以节省体积降低发射成本。

2、本发明提供了一种智能折叠展开编织三明治防护结构，包括依次连接的复合材料缓冲屏、编织织物、复合材料后墙，所述编织织物为高性能纤维和形状记忆合金丝混合编织而成。

3、所述编织织物为多层织物，包括基础组织和接结组织，接结组织连接形成工字型结构，基础组织为平纹、斜纹、缎纹中的任意一种，接结组织为平纹组织、正交组织、经重平组织、纬重平组织等组织中的任意一种。

4、所述编织织物主体结构为高性能纤维编织物，编织织物中经向的高性能纤维间隔替换为形状记忆合金丝。

5、所述形状记忆合金丝的记忆效应为单程记忆效应、双程记忆效应、全程记忆效应中的任意一种，形状记忆合金丝通过热处理方式设定其初始形状以及形状记忆温度范围。

6、所述复合材料缓冲屏、复合材料后墙的厚度为5～10 mm，采用的纤维是碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的任意一种；所述编织织物的i型壁厚为1～3 mm，单胞的边长为10～40 mm。

7、所述编织织物分别与复合材料缓冲屏、复合材料后墙胶结，所使用的胶黏剂是环氧树脂胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、聚苯乙烯胶黏剂、氯化聚丙烯胶黏剂中的任意一种，胶黏剂厚度为0.03~0.05mm。

8、本发明还提供了一种智能折叠展开编织三明治防护结构的使用方法，包括以下步骤：

9、s1、制备智能折叠展开编织三明治防护结构，具体步骤如下：

10、s11、根据编织织物的组织结构、单胞尺寸、整体尺寸绘制编织织物经向截面图，再对应经向截面图绘制编织织物组织图，然后利用片梭织机完成编织织物的织造，在织造时采取间隔更换的方式将经向高性能纤维更换为形状记忆合金丝；

11、s12、通过热处理方式设定形状记忆合金丝的初始形状及其形状记忆温度范围；

12、s13、制备复合材料缓冲屏和复合材料后墙；

13、s14、制备编织三明治防护结构，编织织物与上下复合材料缓冲屏、复合材料后墙胶结；

14、s2、将制成的智能折叠展开编织三明治防护结构在外力作用下变成折叠状态压缩发射体积并发射到太空，进入外太空环境后由于外太空温差变化大，智能折叠展开编织三明治防护结构自行恢复到设定记忆状态。

15、所述步骤s13中，复合材料缓冲屏、复合材料后墙的制备方法为包括但不局限于真空辅助树脂注射成型、热压成型、模压成型工艺。

16、步骤s13中复合材料缓冲屏和复合材料后墙制备方法具体如下：取纤维预浸料，铺层角度为正交铺层、准各向同性铺层中的一种，再使用热压机热压成型或采取模压成型；或取已经织成的纤维织物，在适量的树脂加入定比例的固化剂充分搅拌后放入树脂收集器进行脱泡处理，再使用真空负压辅助树脂注射成型。

17、步骤s12中，热处理过程采用高温加热炉加热，预定温度为5~30℃，加热温度为400~500℃。

18、本发明有益效果在于：

19、1、本发明通过纺织工艺，有效减轻了结构的质量，不易分层且结构稳定整体性强。

20、2、本发明采用形状记忆合金丝与高性能纤维一起编织，通过设定形状记忆合金丝初始形状以及形状记忆温度范围，可在达到温度范围后迅速恢复初始形状，该过程可无数次重复且不影响织物的形状保持特性。并且在折叠状态下可以节省体积降低发射成本。

21、3、本发明通过采用复合材料缓冲屏与后墙和传统的铝合金屏相比，可以更充分的破碎空间碎片使其化为更小尺寸，再经过展开后的间隔消耗空间碎片的能量从而被后屏拦截。

技术特征：

1.一种智能折叠展开编织三明治防护结构，包括依次连接的复合材料缓冲屏、编织织物、复合材料后墙，其特征在于：所述编织织物为高性能纤维和形状记忆合金丝混合编织而成。

2.根据权利要求1所述的智能折叠展开编织三明治防护结构，其特征在于：所述编织织物为多层织物，包括基础组织和接结组织，基础组织为平纹、斜纹、缎纹中的任意一种，接结组织为平纹组织、正交组织、经重平组织、纬重平组织等组织中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的智能折叠展开编织三明治防护结构，其特征在于：所述编织织物主体结构为高性能纤维编织物，编织织物中经向的高性能纤维间隔替换为形状记忆合金丝。

4.根据权利要求3所述的智能折叠展开编织三明治防护结构，其特征在于：所述形状记忆合金丝的记忆效应为单程记忆效应、双程记忆效应、全程记忆效应中的任意一种，形状记忆合金丝通过热处理方式设定其初始形状以及形状记忆温度范围。

5.根据权利要求1所述的智能折叠展开编织三明治防护结构，其特征在于：所述复合材料缓冲屏、复合材料后墙的厚度为5～10 mm，采用的纤维是碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的任意一种；所述编织织物的i型壁厚为1～3 mm，单胞的边长为10～40 mm。

6.根据权利要求1所述的智能折叠展开编织三明治防护结构，其特征在于：所述编织织物分别与复合材料缓冲屏、复合材料后墙胶结，所使用的胶黏剂是环氧树脂胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、聚苯乙烯胶黏剂、氯化聚丙烯胶黏剂中的任意一种，胶黏剂厚度为0.03~0.05mm。

7.一种智能折叠展开编织三明治防护结构的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述智能折叠展开编织三明治防护结构的使用方法，其特征在于：所述步骤s13中，复合材料缓冲屏、复合材料后墙的制备方法为包括但不局限于真空辅助树脂注射成型、热压成型、模压成型工艺。

9.根据权利要求8所述智能折叠展开编织三明治防护结构的使用方法，其特征在于：步骤s13中复合材料缓冲屏和复合材料后墙制备方法具体如下：取纤维预浸料，铺层角度为正交铺层、准各向同性铺层中的一种，再使用热压机热压成型或采取模压成型；或取已经织成的纤维织物，在适量的树脂加入定比例的固化剂充分搅拌后放入树脂收集器进行脱泡处理，再使用真空负压辅助树脂注射成型。

10.根据权利要求8或9所述智能折叠展开编织三明治防护结构的使用方法，其特征在于：步骤s12中，热处理过程采用高温加热炉加热，预定温度为5~30℃，加热温度为400~500℃。

技术总结本发明提供了一种智能折叠展开编织三明治防护结构及其使用方法，该结构包括依次连接的复合材料缓冲屏、编织织物、复合材料后墙，所述编织织物为高性能纤维和形状记忆合金丝混合编织而成。本发明制成的编织防护结构，通过设定形状记忆合金丝初始形状以及形状记忆温度范围，可在达到温度范围后迅速恢复初始形状，该过程可无数次重复且不影响织物的形状保持特性，并且在折叠状态下可以节省体积降低发射成本。技术研发人员：罗聪,强鹭升,张瑞,倪长也受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30