阅读说明：本技术 一种框架蜂窝结构、蜂窝夹层结构及纤维填充式防护构型 (Frame honeycomb structure, honeycomb sandwich structure and fiber filling type protection configuration ) 是由 柯发伟 罗庆 黄洁 蒋伟 于 2020-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及航天器防护技术领域,尤其涉及一种框架蜂窝结构、蜂窝夹层结构及纤维填充式防护构型。框架蜂窝结构包括多个蜂窝芯格,所述蜂窝芯格的每个壁面的中心位置均具有一个贯穿所述壁面的矩形孔,所述矩形孔的边与所述壁面的边平行设置,形成结构对称的框架式壁面,能够有效解决蜂窝结构因沟道效应而不利碎片云扩散的问题,同时使蜂窝结构具有相对高的结构强度。蜂窝夹层结构,其蜂窝芯使用框架蜂窝结构,在保证相应结构强度的同时,能够有效解决蜂窝结构因沟道效应而不利碎片云扩散的问题,起到更好的支撑和防护效果。纤维填充式防护构型利用框架蜂窝结构对纤维填充层进行支撑和固定,起到更好的支撑和防护效果,并至少可减轻其附加重量50％。(The invention relates to the technical field of spacecraft protection, in particular to a frame honeycomb structure, a honeycomb sandwich structure and a fiber filling type protection configuration. The frame honeycomb structure comprises a plurality of honeycomb core grids, the central position of each wall surface of each honeycomb core grid is provided with a rectangular hole penetrating through the wall surface, the sides of the rectangular holes are parallel to the sides of the wall surfaces, the frame type wall surfaces with symmetrical structures are formed, the problem that the cloud of fragments of the honeycomb structure is unfavorable to diffuse due to the channeling effect can be effectively solved, and meanwhile, the honeycomb structure has relatively high structural strength. The honeycomb sandwich structure has the advantages that the honeycomb core of the honeycomb sandwich structure adopts the frame honeycomb structure, the problem that the cloud diffusion of fragments of the honeycomb structure is unfavorable due to the channel effect can be effectively solved while the strength of the corresponding structure is ensured, and better supporting and protecting effects are achieved. The fiber-filled protective structure utilizes the frame honeycomb structure to support and fix the fiber filling layer, thereby achieving better supporting and protective effects and reducing the additional weight by at least 50 percent.)

一种框架蜂窝结构、蜂窝夹层结构及纤维填充式防护构型

技术领域

本发明涉及航天器防护技术领域，尤其涉及一种框架蜂窝结构、蜂窝夹层结构及纤维填充式防护构型。

背景技术

为了确保在轨航天器的安全运行，需要开展抗空间碎片撞击防护。蜂窝夹层结构由于其较高的强度重量比和可设计性在航天器上广泛用于防护构型中，在航天器上用作支撑结构及防护结构，相同面密度的蜂窝夹芯板较Whipple结构撞击能量吸收与耗散特性差，究其原因，蜂窝芯格对碎片云的沟道效应不利于碎片云的扩散，会造成航天舱壁的后墙穿孔损伤加重。

传统的Whipple防护构型由间隔设置的缓冲屏和航天器舱壁组成，目前广泛使用的纤维填充式防护构型，它是在Whipple防护构型的缓冲屏和航天器舱壁之间增加纤维填充层，并使用铝合金框架固定和支撑，具有较高的附加重量。而采用传统蜂窝结构作为纤维填充层的固定及支撑结构虽然可降低纤维填充层35％的附加结构重量，但蜂窝芯格对碎片云有汇聚作用，会造成航天器舱壁穿孔损伤加重。

发明内容

本发明的目的是为解决现有航天器支撑结构或防护结构中因传统蜂窝结构的沟道效应不利于碎片云的扩散，会造成航天舱壁的后墙穿孔损伤加重的问题，提供一种框架蜂窝结构、蜂窝夹层结构及纤维填充式防护构型。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种框架蜂窝结构，包括多个蜂窝芯格，蜂窝芯格的每个壁面的中心位置均具有一个贯穿壁面的矩形孔，矩形孔的边与壁面的边平行设置，形成结构对称的框架式壁面。

优选地，蜂窝芯格横截面为正六边形、菱形或矩形。

优选地，矩形孔的水平方向的宽度a₁与壁面的水平方向的宽度a的比值范围为0.8～0.95；和/或

矩形孔的竖直方向的长度h₁与壁面的竖直方向的长度h的比值范围为0.8～0.95。

优选地，框架蜂窝结构的材质为铝、钛合金、玻璃钢、芳纶纸、普通纸、牛皮纸或石墨纤维。

第二方面，本发明还提供了一种蜂窝夹层结构，能够包括第一方面中所述的任一种框架蜂窝结构，框架蜂窝结构的上下两端各粘接有一蒙皮。

优选地，蒙皮的材质为铝、钛合金、玻璃钢或石墨纤维。

第三方面，本发明还提供了一种纤维填充式防护构型，位于缓冲层和航天器舱壁之间，包括固定支撑部和纤维填充层，固定支撑部能够为第一方面中所述的任一种框架蜂窝结构，纤维填充层设置在框架蜂窝结构靠近缓冲层的一端，且所述纤维填充层与缓冲层之间具有间隔。

优先地，纤维填充层为多层交替放置的陶瓷纤维布和芳纶纤维布。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的框架蜂窝结构，包括多个蜂窝芯格，蜂窝芯格的每个壁面的中心位置均具有一个贯穿壁面的矩形孔，矩形孔的边与壁面的边平行设置，形成结构对称的框架式壁面，能够有效解决蜂窝结构因沟道效应而不利碎片云扩散的问题，同时使蜂窝结构具有相对高的结构强度。

另外，与传统蜂窝结构相比，相同密度下，框架式蜂窝结构能够具有更大厚度的壁面，可以根据需要有选择的增加其结构强度。

本发明提供的蜂窝夹层结构，其蜂窝芯使用框架蜂窝结构，在保证相应结构强度的同时，能够有效解决蜂窝结构因沟道效应而不利碎片云扩散的问题，起到更好的支撑和防护效果。

本发明提供的纤维填充式防护构型，利用框架蜂窝结构对纤维填充层进行支撑和固定，能够有效解决蜂窝结构因沟道效应而不利碎片云扩散的问题，起到更好的支撑和防护效果，并至少可减轻其附加重量50％。

附图说明

本发明附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。

图1是本发明实施例一中一种框架蜂窝结构的蜂窝芯格结构示意图；

图2是本发明实施例一中一种框架蜂窝结构的蜂窝芯格结构的另一角度示意图；

图3是本发明实施例一中一种框架蜂窝结构的蜂窝结构的俯视示意图；

图4是图3的A-A剖视示意图；

图5是本发明实施例二中一种框架蜂窝结构的蜂窝结构的俯视示意图；

图6是图5的B-B示意图；

图7是本发明实施例三中一种蜂窝夹层结构示意图；

图8是本发明实施例四中一种纤维填充式防护构型的结构示意图。

图中：1：蜂窝芯格；11：壁面；111：方孔；112：连接部；113：支撑部；2：蒙皮；3：纤维填充层；4：固定支撑部；5：航天器舱壁；6：缓冲层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参见图1和图2所示，本发明实施例提供的框架蜂窝结构，包括多个蜂窝芯格1，蜂窝芯格1的每个壁面11的中心位置均具有一个贯穿壁面11的矩形孔111，矩形孔111的边与壁面11的边平行设置，形成结构对称的框架式壁面。每个蜂窝芯格1均多个上述的框架式壁面11组成。每个蜂窝结构由多个蜂窝芯格1组成。

矩形孔111设置在壁面11的中心位置是指矩形孔111每相对的两边距离同侧邻近的壁面11的边的距离相同，以图2为例具体地，在一个壁面11上，矩形孔111左侧边距离壁面左侧边的距离与矩形孔111右侧边距离壁面右侧边的距离相同，矩形孔111上侧边距离壁面上侧边的距离与矩形孔111下侧边距离壁面下侧边的距离相同。

需要说明的是，本发明壁面11的中心位置具有一个贯穿壁面11的矩形孔111，是对框架式壁面结构的具体描述，并非是限定在壁面11上开孔才到得到框架式壁面11。在一些实施方式中，每个壁面11可以由两个支撑部113和两个连接部112组合而成，即两个支撑部113和两个连接部112分体结构组合而成。具体地，每个壁面11由两个尺寸相同的支撑部112平行间隔设置，在支撑部113的两端分别设置一连接部112，用于连接两个支撑部113，两个连接部112的尺寸相同且平行设置，在两个连接部112和两个支撑部113之间构成矩形间隔(矩形孔)，形成框架式壁面11。竖直设置的支撑部113在结构中主要起到支撑作用，连接部112在结构中主要起到连接作用。

当然，在一些实施方式中，组成蜂窝芯格1的多个壁面11中，相邻的两壁面11的相接触的支撑部113可以为一体结构，以横截面为正六边形蜂窝芯格为例，包括六个沿圆周分布且平行间隔设置支撑部113，在六个支撑部113的上端，相邻的两个支撑部113之间设置一连接部112，共六个连接部112；在六个支撑部113的下端，相邻的两个支撑部113之间设置一连接部112，共六个连接部112，形成蜂窝芯格1，上述实施方式中，每两邻的两个支撑部113之间成120°，形成具有拐角的支撑部113。

在一些实施方式中，蜂窝芯格1的横截面除较常应用的正六边形外，还可以根据需要选择菱形或矩形等形状。

为了在较好的解决蜂窝结构的沟道效应，避免碎片云的集中，同时使蜂窝结构具有较好的结构强度，在一些优选地实施方式中，参见图2所示，矩形孔111的水平方向的宽度a₁与壁面11的水平方向的宽度a的比值范围为0.8～0.95。优选地，矩形孔111的竖直方向的长度h₁与壁面11的竖直方向的长度h的比值范围为0.8～0.95。

此外，由于蜂窝芯格1均由框架式壁面11组成，相同密度的蜂窝结构，壁面厚度可以具有更大的厚度，增加框架蜂窝结构的稳定性和强度。

在一些实施方式中，框架蜂窝结构的材质为铝、钛合金、玻璃钢、芳纶纸、普通纸、牛皮纸或石墨纤维。

图3是利用传统粘接方式将多个蜂窝芯格1粘接而形成的框架蜂窝结构的俯视示意图。图4是图3的A-A剖视示意图。参见图3和图3所示，在某个方向上，相邻的两个蜂窝芯格1之间会有一个壁面11叠在一起(参见图3中粗线示意的部分)，此时叠在一起的两个壁面11上的矩形孔111重叠，贯穿叠在一起的两个壁面11。

实施例二

参见图5和图6所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之外在于：本实施例二中的框架式蜂窝结构采用3D打印技术制造，无叠在一起的壁面11，可以使壁面11具有更大的厚度。

实施例三

本实施例提供的蜂窝夹层结构，其蜂窝芯可以采用上述实施一和实施例二中任一种框架蜂窝结构，参见图7所示，框架式蜂窝结构的上下两端各粘接有一蒙皮2，形成蜂窝夹层结构。

优选地，蒙皮2的材质可以为铝、钛合金、玻璃钢或石墨纤维等。

本发明提供的蜂窝夹层结构，其蜂窝芯使用框架蜂窝结构，在保证相应结构强度的同时，能够有效解决蜂窝结构因沟道效应而不利碎片云扩散的问题，起到更好的支撑和防护效果。

实施例四

参见图8所示，本实施例提供的纤维填充式防护构型，其位于缓冲层6和航天器舱壁5之间，包括固定支撑部4和纤维填充层3，其中，固定支撑部4可以采用实施一和实施例二中任一种框架蜂窝结构，纤维填充层3设置在框架蜂窝结构靠近缓冲层6的一端，且纤维填充层3与缓冲层6之间具有间隔，一般间隔距离至少是框架蜂窝结构轴向高度的两倍以上。

优先地，纤维填充层3为多层交替放置的陶瓷纤维布和芳纶纤维布。

本发明提供的纤维填充式防护构型，利用框架蜂窝结构对纤维填充层进行支撑和固定，能够有效解决蜂窝结构因沟道效应而不利碎片云扩散的问题，起到更好的支撑和防护效果，并至少可减轻其附加重量50％。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。