预应力作用下聚酰亚胺薄膜的超高速碰撞破坏

摘要

空间大型功能形面薄膜结构如薄膜天线和聚光镜等,是未来大尺度柔性航天器的基本结构.此类结构以聚酰亚胺作为基体材料,结构面积大、厚度薄,并需要预应力维持结构刚度和形面精度,空间碎片是影响其在轨服役性能的重要因素.本文利用激光驱动飞片装置研究了微小空间碎片超高速撞击预应力聚酰亚胺薄膜的破坏特性.飞片尺寸约Φ1mm×8μm,速度5km/s,通过专门设计的夹具对薄膜施加单向拉伸预应力.结果表明,厚度25μm薄膜只会形成穿孔,厚度12.5μm和8μm时撞击可形成径向断裂区;随着薄膜厚度从12.5μm减小为8μm,径向断裂区范围显著增大,裂纹总长度显著增加(3mm增加为8.4mm);对于厚度8μm薄膜,当预应力从0.1MPa增大至30MPa时,径向断裂区裂纹总长度呈现出增大的趋势(7.3mm-12.6mm).