在运载火箭发射安全问题中,爆炸碎片也是威胁场区,特别是舱区内人员和设施安全的重要因素之一。发射前需要疏散发射区周围的工作人员,对航区内的城镇居民、过往船只和飞机发出有关安全信息。爆炸时产生不同形状和尺寸的爆炸碎片,以爆心为中心,以不同的速度和姿态向周围飞散,爆炸碎片的特性取决于运载火箭失效模式。爆炸碎片的散布范围取决于爆炸碎片的初始速度、尺寸、质量、阻力、攻角和气象情况,具有很大的随机性。国外有关航天发射场危险分析的研究较早,美国国家航空航天局、空军火箭推进试验室同佛罗里达大学一起进行了一系列液体火箭推进剂试验,并以此试验结果为主要依据在1971—1989年间编制了关于液体推进剂爆炸危害的计算和分析手册(Workbook for Predicting Pressure Wave and Fragment Effects of Exploding Tanks and Gas Storage Vessels)。
我国在航天发射场的建设中,对某型运载火箭初始段爆炸碎片的散布进行了研究,建立了爆炸碎片散布范围的数学模型。
对于一块以某一方位角飞散的爆炸碎片,将其爆炸初速度同其牵连速度,即爆炸时刻运载火箭的速度进行矢量叠加,就可确定它的初始速度。这样,只要知道了它的飞行弹道,就能确定它的落点。分别求出以不同方位角飞散的爆炸碎片落点,就可以确定爆炸碎片的散布范围。因此,数学模型包括两部分:计算爆炸碎片初速度的能量模型和爆炸碎片弹道模型。(www.xing528.com)
假定运载火箭在预定轨道的某一点发生爆炸,爆炸时运载火箭的飞行速度为预定值,不考虑爆轰产物沿运载火箭的轴向飞散,运载火箭壳体为等壁厚。根据能量守恒定律,液体推进剂爆炸时,爆炸释放的总能量应与爆炸碎片的动能、壳体材料破坏能、爆轰产物的动能和内能以及壳体传给周围空气的能量之和相等,由此建立计算爆炸碎片初速度的能量模型。
假定爆炸碎片在飞行过程中只受重力和空气阻力的作用,且考虑了空气流场对爆炸碎片的飞行速度的影响,从运动学和几何学两方面列出爆炸碎片的运动微分方程,即爆炸碎片弹道方程,联立方程式进行求解,分别求出具有不同初始状态的爆炸碎片落点,这些落点的包络区域就是爆炸碎片的散布范围。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。