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贮箱爆炸碎片初始速度及影响因素

赵蓓蕾 赵继广 崔村燕 王岩 孙武华

赵蓓蕾, 赵继广, 崔村燕, 等 . 贮箱爆炸碎片初始速度及影响因素[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(9): 1797-1804. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0746
引用本文: 赵蓓蕾, 赵继广, 崔村燕, 等 . 贮箱爆炸碎片初始速度及影响因素[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(9): 1797-1804. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0746
ZHAO Beilei, ZHAO Jiguang, CUI Cunyan, et al. Initial velocity and influence factors of tank explosion fragments[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(9): 1797-1804. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0746(in Chinese)
Citation: ZHAO Beilei, ZHAO Jiguang, CUI Cunyan, et al. Initial velocity and influence factors of tank explosion fragments[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(9): 1797-1804. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0746(in Chinese)

贮箱爆炸碎片初始速度及影响因素

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0746
详细信息
    作者简介:

    赵蓓蕾    女, 博士研究生。主要研究方向:航天任务分析与设计

    崔村燕     女,博士, 副教授, 硕士生导师。主要研究方向:航天任务分析与设计

    通讯作者:

    崔村燕, E-mail: ccy6655@126.com

  • 中图分类号: V423.4+1

Initial velocity and influence factors of tank explosion fragments

  • 摘要:

    为确定推进剂爆轰作用下贮箱爆炸碎片的初始速度,基于能量守恒定律,考虑爆炸碎片动能、爆轰产物动能和内能、贮箱壳体的破坏能及其膨胀做功所消耗的能量,建立了贮箱爆炸碎片初始速度(FIV)模型。FIV模型与典型经验公式计算结果、带壳炸药爆炸试验数据吻合较好,验证了模型有效性。采用量纲分析法确定FIV模型中影响碎片初始速度的关键参量,基于AUTODYN软件进行数值仿真,分析贮箱壳体高径比、厚径比以及空气密度等参量对碎片初始速度的影响。结果表明:爆炸碎片初始速度随着壳体高径比增大迅速减小,当高径比大于1.50时,速度衰减变缓;碎片初始速度随着壳体厚径比增加近似呈线性减小;当爆炸高度小于20 km时,随着爆炸高度增大,空气密度减小,爆炸碎片的初始速度增大;在爆炸高度大于40 km时,空气非常稀薄,可以忽略壳体膨胀做功对碎片初始速度的影响。

     

  • 图 1  卫星贮箱的1/2仿真模型

    Figure 1.  1/2 simulation model of satellite tank

    图 2  碎片初始速度随壳体高径比的变化曲线

    Figure 2.  Curve of fragment initial velocity varying with height-diameter ratio of shell

    图 3  碎片初始速度随壳体厚径比的变化曲线

    Figure 3.  Curve of fragment initial velocity varying with thickness-diameter ratio of shell

    图 4  空气密度和碎片初始速度随高度的变化曲线

    Figure 4.  Curves of air density and fragment initial velocity varying with height

    表  1  文献[15]爆炸试验数据及其理论计算结果

    Table  1.   Explosion test data in Ref.[15] and theoretical calculation results

    理论模型 v0/(m·s-1) ε/%
    FIV模型 1 356 12.3
    Gurney公式 1 486 23.1
    工程半经验公式 1 621 34.3
    王卫杰模型 1 469 21.7
    注:文献[15]中v0=1 207 m/s。
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    表  2  文献[16]爆炸试验数据及其理论计算结果

    Table  2.   Explosion test data in Ref.[16] and theoretical calculation results

    理论模型 v0/(m·s-1) ε/%
    FIV模型 1 630 11.4
    Gurney公式 1 608 9.9
    工程半经验公式 1 749 19.5
    王卫杰模型 1 647 12.6
    注:文献[16]中v0=1 463 m/s。
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    表  3  文献[17]爆炸试验数据及其理论计算结果

    Table  3.   Explosion test data in Ref.[17] and theoretical calculation results

    理论模型 v0/(m·s-1) ε/%
    FIV模型 1 461 14.1
    Gurney公式 1 482 15.8
    工程半经验公式 1 616 26.3
    王卫杰模型 1 490 16.4
    注:文献[17]中v0=1 280 m/s。
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    表  4  TNT、钛和空气的材料参数

    Table  4.   Material parameters of TNT, titanium and air

    材料 ρ/(kg·m-3) Qp/(kJ·kg-1) D/(m·s-1) A/MPa B/MPa C n m
    TNT 1 630 4 225 6 900
    4 510 1 077 845 0.025 0.58 0.75
    空气 1.293×10-4~2.8×10-4
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    表  5  不同高径比下碎片初始速度的仿真值与理论值

    Table  5.   Simulation and theoretical values of fragment initial velocity under different height-diameter ratios

    序号 d/cm h/cm h/d v0/(m·s-1) vG/(m·s-1) εG /% vF/(m·s-1) εF /%
    1 35 204.1 5.83 2 804.5 3 138.2 11.9 2 674.7 -4.63
    2 40 156.2 3.91 2 817.6 3 174.9 12.7 2 754.8 -2.23
    3 45 123.5 2.74 2 831.4 3 203.6 13.1 2 882.3 1.80
    4 50 100.0 2.00 2 848.5 3 227.6 13.3 2 951.8 3.63
    5 55 82.6 1.50 2 867.3 3 247.6 13.3 3 036.2 5.89
    6 60 69.4 1.16 2 898.4 3 264.3 12.6 3 134.9 8.16
    7 65 59.2 0.91 2 925.0 3 278.7 12.1 3 179.1 8.69
    8 70 51.0 0.73 2 943.9 3 291.4 11.8 3 249.6 10.4
    9 75 44.4 0.59 2 955.6 3 302.3 11.7 3 286.6 11.2
    10 80 39.1 0.49 2 962.2 3 311.7 11.8 3 296.5 11.3
    11 85 34.6 0.41 2 966.8 3 320.4 11.9 3 301.4 11.3
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-18
  • 录用日期:  2019-03-15
  • 网络出版日期:  2019-09-20

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