In this paper, carbon/epoxy composite materials in combination with stuffing fabrics were experimentally examined by utilizing a unique configuration of intermediate bumpers to encounter impact events and protect the remaining structure from such impact events. Carbon/epoxy composites [0/±45/90]2s were manufactured, exposed to LEO environment, stacked and arranged in a special geometric configuration. The incorporation of Nextel AF62 and Kevlar KM2 was also carried out in the final shielding configuration. Afterward, samples were impacted using an Al2017-T4 spherical projectile that was 5.56 mm in diameter and 0.25 g in weight, in a velocity range of 2000 ± 500 m/s, with the help of a two stage light gas gun. The triple bumpers, which had oblique intermediate bumpers, absorbed more energy with the increase of the obliquity of the intermediate bumper. Inclination increase from 30° to 45° led to an increase of 30% of the specific energy absorption. The insertion of stuffing fabric enabled this shielding system to absorb all the energy carried by the projectiles, showing no damage to further components. CSCAN images were also used to determine the damage profile and extent of delamination in the specimens after the impact events. This shielding concept of utilizing composites with stuffing fabrics, along with an inclination of the intermediate bumper, can effectively protect the structure while maintaining the same volume according to different threat levels. Greater levels of threat can be easily handled with more obliquity

چکیده

در این مقاله، مواد کامپوزیتی کربن/اپوکسی همراه با پارچه­ های پرکننده فضای بین سپرها به صورت تجربی و با استفاده از یک پیکربندی یکتا از سپرهای میانی، برای مواجهه با حوادث برخوردی و حفظ ساختار باقیمانده در مقابل این حوادث برخوردی، مورد آزمایش قرار گرفتند. کامپوزیت­ های کربن/اپوکسی [0/±45/90]2s ساخته شدند، در معرض محیط LEO قرار گرفتند، و با پیکربندی­ های هندسی خاص چیده شده و آرایش یافتند. وارد کردن نکستل AF62 و کولار KM2 در پیکربندی محافظتی نهایی انجام شد. سپس، نمونه­ ها با پرتابه کروی Al2017-T4 که قطر 5,56 میلی­متر و وزن 0,25 گرم داشت، با محدوده سرعت 2000±500m/s برخورد کردند، که این سرعت به کمک یک تفنگ گازی سبک دو مرحله ­ای تامین شد. سپرهای سه­ گانه، که سپرهای میانی متمایل را در خود دارند، با افزایش تمایل سپر میانی، انرژی بیشتری را جذب کردند. افزایش تمایل، از 30o تا 45o منجر به افزایش 30 درصدی جذب انرژی خاص شد. ورود پارچه پرکننده فضای بین سپرها به این سیستم حفاظتی این امکان را می ­دهد که همه انرژ­ی های حمل شده توسط پرتابه­ ها را جذب کند و مولفه­ های دیگر آن آسیب نبینند. تصاویر CSCAN نیز برای تعیین پروفایل آسیب و حوزه ورقه ­ورقه شدن در نمونه­ ها بعد از رویداد برخوردی، مورد استفاده قرار گرفتند. این مفهوم حفاظتی در کامپوزیت­ های مورداستفاده با پارچه­ های پرکننده فضای بین سپرها، همراه با تمایل سپر میانی، مطابق با سطوح تهدید مختلف می­ تواند ساختار را به طور موثر محافظت کند در حالیکه همان حجم را حفظ می ­کند. سطوح بیشتر تهدید را می ­توان به آسانی با افزایش زاویه تمایل مدیریت کرد.

1-مقدمه

مواد کامپوزیتی و کاربردهایشان، در همه حوزه ­های مهندسی از کاربردهای پایه تا بخش فضایی به صورت روزافزون مورد استفاده قرار می­ گیرند. این امر به علت استحکام و سفتی بالا این مواد و خصوصیات مطلوب آنها در جهات خاص موردنیاز است. تا به امروز، فلزات مختلف و آلیاژهای آنها، در کاربردهای فضایی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته­ اند؛ با این وجود، سهم کامپوزیت به علت دانش حدود درباره رفتار کامپوزیت در محیط­ های فضایی دوردست محدود شده است...