15、粘性冲击球碰撞与粘附机制解析

粘性冲击球碰撞与粘附机制解析

1. 冲击球的材料与结构

在设计冲击球时，经过研究发现，如果采用硬毛粘附结构，冲击球很难从发射结构中射出。因此，采用了表皮垫粘附原理来设计冲击球。

冲击球的相关设计如下：
- 材料选择 ：选用具有粘弹性的橡胶材料作为制造材料。
- 结构设计 ：冲击球的半径 (R) 设定为 20mm，其表面设计为类似爬山虎的海绵状仿生结构，内部包裹着具有高粘附能力的仿生贻贝材料作为粘性分泌物。

当冲击球与航天器碰撞时，压力增加使橡胶球变形，从而增大接触面积，同时粘性分泌物流出，进一步增加粘附力。为确保碰撞后冲击球能粘附在航天器表面，分泌物带来的粘附力应大于碰撞后的最大反弹力。而反弹力与相对速度有关，所以需要先计算冲击球击穿航天器时的最小相对速度。

2. 冲击穿透分析

碰撞后，如果冲击球的相对速度过快，可能会击穿航天器。在已知航天器外壳厚度的情况下，航天器是否被击穿受冲击球动能的影响。

假设航天器外壳由铝合金制成，冲击球由橡胶制成，它们的性能参数如下表所示：
| 材料 | (l_t) (mm) | (R_b) (mm) | BHN (MPa) | (\rho_t) (kg/m³) | (\rho_b) (kg/m³) | (E) (GPa) |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 铝合金外壳 | 0.1 | - | 196 | 2700 | - | 70 |
| 橡胶球 | - | 20 | - | -