(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210616076.1 (22)申请日 2022.06.01 (71)申请人 北京卫星环境工程研究所 地址 100094 北京市海淀区友谊路104 号 (72)发明人 任思远　武强　张品亮　宋光明　 陈川　龚自正　曹燕　 (74)专利代理 机构 北京志霖恒远知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11435 专利代理师 郭栋梁 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) B64G 1/52(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于碎片云载荷分布的航天器多层防护结 构设计方法 (57)摘要 本发明公开了基于碎片云载荷分布的航天 器多层防护结构设计方法， 所述设计方法包括： 建立弹丸撞击第一层缓冲屏的碎片云运动理论 模型， 建立多层缓冲屏的碎片云运动理论模型， 确定最优的结构参数。 本发明中， 适用于铝合金、 纤维、 陶瓷等多种材料的防护结构， 只需 已知材 料的密度、 声速、 断裂韧性等参数就可 以开展防 护结构设计， 适用范围较广， 可 以根据理论计算 缓冲屏层数、 缓冲屏面密度匹配、 缓冲屏间距匹 配以及防护结构总间距对舱壁载荷的影 响， 确定 航天器多层防护结构的最优结构参数及舱壁厚 度， 大幅缩短优化结构所用的时间， 降低航天器 防护结构设计成本， 可以对特定结构参数的航天 器多层防护结构进行评估， 确定其是否满足防护 需求。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 114880780 A 2022.08.09 CN 114880780 A 1.基于碎片云载荷分布的航天器多层防护结构设计方法， 其特征在于， 所述设计方法 包括以下步骤： S1： 建立弹丸撞击第一层缓冲屏的碎片云运动理论模型， 根据碎片云模型计算得到一 次碎片云的特征速度， 建立一次碎片云的载荷分布模型， 根据模型计算得到一次碎片云在 第二层缓冲 屏上的载荷分布； S2： 建立多层缓冲屏的碎片云运动理论模型， 根据碎片云模型计算得到多次碎片云的 特征速度， 在弹丸撞击多层缓冲屏的碎片云运动理论模型基础上， 建立多次碎片云撞击航 天器舱壁的载荷分布模型， 根据模型计算得到n次碎片云在航天器舱壁上的载荷分布， 确定 最大载荷位置； S3： 在给定航天器防护结构总面密度、 总防护 间距等条件下， 对不同缓冲屏层数、 缓冲 屏面密度匹配、 缓冲屏间距匹配以及防护结构总间距的结构参数下的航 天器舱壁载荷进 行 计算， 揭示多层防护结构的结构特性对航天器舱壁上载荷的影响， 确定使航天器舱壁载荷 最小的缓冲 屏层数、 面密度匹配方式、 间距匹配方式等， 从而确定最优的结构参数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114880780 A 2基于碎片云载荷分布的航天器多层防护结构设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及空间碎片防护技术领域， 尤其涉及基于碎片云载荷分布的航天器  多 层防护结构设计方法。 背景技术 [0002]空间碎片的撞击会对航天器造成致命威胁， 近地轨道(LEO)内的空间碎片  和航天 器的平均碰撞速度约为10km/s。 随着人类航天活动的增加， 空间碎片数  量急剧增长， 航天 器遭受撞击的概率快速增加。 因此， 为了保证航天器的安全运  行， 需要对航天器设置防护 结构来抵御空间碎片的超高速撞击 。 [0003]早期航天器常采用Whipple防护结构， 在距离航天器舱壁一定距离的位置  设置一 层铝合金缓冲屏， 通过缓冲屏与空间碎片发生超高速撞击， 使得空间碎片  发生破碎， 形成 高速运动和膨胀的碎片云， 显著减小作用于航 天器舱壁的撞击能  量密度， 提高航 天器舱壁 抵御空间碎片超高速撞击的能力。 但是， 由于Whipple  防护结构只有一个缓冲屏， 受到结构 形式的限制， 其防护能力进一步提升有限。  为了进一步提高Whipple防护结构的防护能力， 开发出了多层防护结构(缓冲  屏层数≥2)， 其缓冲屏材料多采用铝合金、 高强度纤维织物 等材料。 [0004]航天器多层防护结构需要对缓冲屏层数、 缓冲屏面密度匹配、 缓冲屏间距匹  配、 防护结构总间距以及舱壁 厚度等结构参数进 行设计， 以满足防护需求。 一般  情况下确定航 天器防护结构的结构参数需要进行大量的超高速撞击实验和数值  模拟研究， 往往耗费大 量的人力、 物力、 财力和时间。 因此， 建立一种航天器多  层防护结构设计方法， 是一种有效 而经济的手段。 发明内容 [0005]本发明的目的在于： 为了解决上述问题， 而提出的基于碎片云载荷分布的航  天器 多层防护结构设计方法。 [0006]为了实现上述目的， 本发明采用了如下技 术方案： [0007]基于碎片云载荷分布的航天器多层防护结构设计方法， 所述设计方法包括以  下 步骤： [0008]S1： 建立弹丸撞击第一层缓冲屏的碎片云运动理论模型， 根据碎片云模型计  算得 到一次碎片云的特征速度， 建立一次碎片云的载荷分布模型， 根据模 型计算 得到一次碎片 云在第二层缓冲 屏上的载荷分布； [0009]S2： 建立多层缓冲屏的碎片云运动理论模型， 根据碎片云模型计算得到多次  碎片 云的特征速度， 在弹丸撞击多层缓冲屏的碎片云运动理论模型基础上， 建立  多次碎片云撞 击航天器舱壁的载荷分布模型， 根据模型计算得到n次碎片云在航  天器舱壁上的载荷分 布， 确定最大 载荷位置； [0010]S3： 在给定航天器防护结构总面密度、 总防护间距等条件下， 对不同缓冲屏  层数、说　明　书 1/6 页 3 CN 114880780 A 3