[发明专利]一种推进剂贮箱爆炸碎片初始速度的计算方法

摘要

本发明属于爆轰动力学领域，涉及推进剂贮箱爆炸碎片初始速度的计算方法；其目的是估算推进剂贮箱意外爆炸后，爆炸碎片初始速度的大小。所提出的一种推进剂贮箱爆炸碎片初始速度的计算方法，首先，提出基本假设；然后，分别建立推进剂爆炸释放总能量、爆轰产物内能、爆轰产物动能、爆炸碎片动能、贮箱壳体破坏能、贮箱壳体膨胀做功的表达式；其次，确定爆炸碎片初始速度的计算公式；最后，验证爆炸碎片初始速度计算公式的准确性。本发明的优点是充分考虑了壳体材料特性和周围空气介质等因素，可以预测不同壳体材料的贮箱在不同高度发生爆炸时爆炸碎片的初始速度。

主权项

1.一种推进剂贮箱爆炸碎片初始速度的计算方法，包括：步骤一、提出基本假设；步骤二、分别建立推进剂爆炸释放总能量、爆轰产物内能、爆轰产物动能、爆炸碎片动能、贮箱壳体破坏能、贮箱壳体膨胀做功的表达式；步骤三、确定爆炸碎片初始速度计算公式；步骤四、验证爆炸碎片初始速度计算公式的准确性。其特征在于：步骤一、提出基本假设。不考虑爆轰反应的过程，将化学反应区看作一个强间断面；将贮箱看作等壁厚的圆柱壳体，只考虑爆炸产物沿径向的飞散；推进剂全部参与爆轰反应，爆炸碎片初始速度的大小相同。步骤二、分别建立推进剂爆炸释放总能量、爆轰产物内能、爆轰产物动能、爆炸碎片动能、贮箱壳体破坏能、贮箱壳体膨胀做功的表达式。分析推进剂贮箱爆轰过程中的能量转化，将贮箱内推进剂爆炸释放的总能量E_t分为爆轰产物内能E_i、爆轰产物动能E_k、爆炸碎片动能E_dk、贮箱壳体破坏能E_d以及贮箱壳体膨胀做功E_a五部分。E_t＝E_i+E_k+E_dk+E_d+E_a   (1)(1)推进剂爆炸释放的总能量液体推进剂爆炸释放的总能量E_t为：E_t＝m_pQ_p   (2)式中，m_p为推进剂质量；Q_p为推进剂爆热。(2)爆轰产物内能式中，D为推进剂爆速。(3)爆轰产物动能(4)爆炸碎片动能设爆炸一共产生的碎片数量为N，碎片初始速度为v₀，由动能定律得：式中，m_i为第i个碎片的质量；M为贮箱壳体的质量。(5)贮箱壳体破坏能式中，τ为剪切应力；G为剪切弹性模量；V_c为贮箱壳体的体积。(6)贮箱壳体膨胀做功式中，ρ₀为海平面的空气密度；H(y)是空气密度修正系数；V₀为贮箱的初始体积；ρ_p为推进剂的密度；σ为贮箱材料的屈服应力。步骤三、确定爆炸碎片初始速度计算公式。将式(2)～(7)代入式(1)，得到爆炸碎片初始速度v₀计算公式：步骤四、验证爆炸碎片初始速度计算公式的准确性。武汉理工大学孔祥韶等人开展了TNT炸药在Q235低碳钢圆柱壳体内的爆炸试验，壳体内径110mm，高度160mm，厚度6mm，装药量为1.9kg。对于TNT炸药，ρ_p＝1630kg·m^‑3,D＝6900m·s^‑1。北京理工大学张奇等人开展了T‑H‑Al炸药在钢制圆柱壳体内的爆炸试验，壳体内填满炸药，壳体内径120mm，厚度3.5mm。对于T‑H‑Al炸药，ρ_p＝1752kg·m^‑3,D＝7054m·s^‑1。劳伦斯‑利弗莫尔实验室开展了Comp B炸药在铜制圆柱壳体内的爆炸试验，壳体内填满炸药，壳体内径25.4mm，厚度2.6mm。对于Comp B炸药，ρ_p＝1720kg·m^‑3,D＝7980m·s^‑1。基于三组带壳炸药的爆炸试验，分别采用爆炸碎片初始速度计算公式和Gurney公式计算爆炸碎片的初始速度，将爆炸碎片初始速度计算公式的结果与Gurney公式、带壳炸药爆炸试验数据进行对比，验证爆炸碎片初始速度计算公式的准确性。