液体火箭爆炸碎片散布范围的确定方法

摘要

本发明涉及的一种液体火箭爆炸碎片散布范围的确定方法，包括(1)建立一套与火箭飞行航区相适应的地理信息系统，(2)建立火箭爆炸碎片的分类信息；(3)确定火箭发生爆炸时的状态；(4)确定火箭爆炸模式，(5)确定火箭爆炸威力；(6)确定爆炸碎片初始速度的方法，(7)爆炸碎片受力分析及落点的确定；(8)确定并显示爆炸碎片的散布范围。本发明由于所述方法而具有如下的积极效果：能够为发射场附近居民的疏散，为事故救援、现场搜索提供依据。方法在预测结果上具有一定的可靠性和准确性。

主权项

1、一种液体火箭爆炸碎片散布范围的确定方法，其特征是：方法包括：(1)建立一套与火箭飞行航区相适应的地理信息系统，包括：①、将火箭飞行航区的地形数字化，基于数字化的地形数据及火箭飞行航区的城市、道路、厂矿、学校、人口信息建立一套地理信息系统；②、将数字化的地形数据映射到发射坐标系中，对应地面的任意一个点(L_k，B_k，H_k)，均能确定其在发射坐标系中的坐标(x_k，y_k，z_k)，其中：L_k、B_k、H_k分别为地面上某个点的大地经度、大地纬度、大地高程，x_k、y_k、z_k分别为该点在发射坐标系中的3个坐标分量；③、接收、处理、记录火箭飞行过程中的遥测数据和外弹道测量数据；(2)、建立火箭爆炸碎片的分类信息根据以往爆炸事故后搜索到的碎片，按其外形和来源将其分为片状碎片、短粗形碎片、管状碎片、不规则形碎片；然后对每种碎片按其重量进行再次分类，对每种碎片分别测量其受力面积A、质量m_p、密度ρ、阻力系数C_D，升力系数C_L，飞行时的攻角α，将以上信息进行存储；(3)、确定火箭发生爆炸时的状态根据接收到的外道测量数据和遥测数据，确定火箭发生爆炸的时刻、所处的位置、飞行的速度和剩余的推进剂质量；(4)、确定火箭爆炸模式依据接收到的外道测量数据和遥测数据，结合地理信息系统中的地形数据，确定火箭发生爆炸的模式，按照确定火箭爆炸威力的需要，分为地面爆炸和空中爆炸两种；(5)、确定火箭爆炸威力爆炸威力用当量来表示，爆炸威力等于推进剂总量乘以当量系数，当量系数取值如下，以四氧化二氮加偏二甲肼作推进剂时，地面爆炸取0.1，空中爆炸取0.05；以液氢加液氧作推进剂时取0.6；发生空中爆炸时爆炸威力的计算公式为：M_TNT＝M_ln×0.05+M_ll×0.6                               (I)发生地面爆炸时爆炸威力的计算公式为：M_TNT＝M_ln×0.1+M_ll×0.6                                (II)式中，M_TNT为爆炸等效的TNT当量，是待求解的量，M_ln为爆炸发生时火箭上剩余的常规推进剂质量，M_ll为爆炸发生时火箭上剩余的低温推进剂质量；确定爆炸威力后，可以获得爆炸冲击波的各项参数，如比冲量i_s，侧向压力p_s，用于确定冲击波对碎片的加速作用；(6)、确定爆炸碎片初始速度的方法爆炸碎片在爆炸中获得的速度来源有两个，第一是推进剂贮箱爆裂时碎片受高压气体作用而加速，第二是爆炸冲击波对碎片的加速作用，采用如下公式确定碎片受高压气体作用而获得的初始速度： $\left\{\begin{array}{c}u=\bar{U}k{a}_q\\ \lg \bar{U}=1.2\lg \bar{P}+0.91\\ \bar{P}=\frac{\left({p-p}_0\right)V_0}{M_C{a}_q^2}\\ k=1.25m_p/m_c+0.375\end{array}\right.---\left(\mathrm{III}\right)$公式(III)中，u为碎片获得的速度，是需要求解的量，U、P、k为中间变量、a_q为常数是爆炸产生的气体中的音速，p为常数是推进剂贮箱的耐压、p₀为常数是爆炸发生位置的大气压力、V₀为常数是推进剂贮箱的容积、M_C为常数是推进剂贮箱的质量、m_p为(2)中所确定的碎片的质量；上式(III)即可求得碎片受高压气体作用而获得的速度u；采用如下公式确定碎片受爆炸冲击波作用而获得的速度： $v=\frac{p_0{i}_s{C}_{D}A}{m_p{p}_s}---\left(\mathrm{IV}\right)$公式(IV)中，v为碎片受冲击波作用而获得的速度，是需要求解的量、p₀为常数是爆炸发生位置的大气压力、i_s为(5)中可以确定的参数是爆炸冲击波的比冲量，已知，C_D为(2)中可以确定的碎片阻力系数，已知；A为(2)中所确定的碎片受力面积；已知。m_p为(2)中所确定的碎片顾量，已知；p_s为(5)中可以确定的参数，是爆炸冲击波的侧向压力，已知：利用已知条件代入上述方程即可求解碎片受冲击波作用而获得的速度v；确定了碎片受高压气体作用而获得的速度u和碎片受冲击波作用而获得的速度v，已和爆炸发生时刻火箭的飞行速度V，即可按矢量合成向不同方向投射出去的碎片速度V_p，按矢量合成速度的公式如下： ${\overrightarrow{V}}_p=\overrightarrow{V}+\overrightarrow{u}+\overrightarrow{v}---\left(V\right)$(7)、爆炸碎片受力分析及落点确定方法对爆炸碎片进行受力分析，考虑碎片速度方向在oxy平面的情况，内可列出碎片飞行的微分方程组如下： $\left\{\begin{array}{c}\stackrel{··}{X}=-\frac{{\mathrm{AC}}_D\rho ({\stackrel{·}{X}}^2+{\stackrel{·}{Y}}^2)}{2m_p}\mathrm{cas\alpha }+\frac{{\mathrm{AC}}_L\rho ({\stackrel{·}{X}}^2+{\stackrel{·}{Y}}^2)}{2m_p}\sin \alpha \\ \stackrel{··}{Y}=-g-\frac{{\mathrm{AC}}_D\rho ({\stackrel{·}{X}}^2+{\stackrel{·}{Y}}^2)}{{2m}_p}\sin \alpha +\frac{{\mathrm{AC}}_L\rho ({\stackrel{·}{X}}^2+{\stackrel{·}{Y}}^2)}{{2m}_p}\cos \alpha \end{array}\right.---\left(\mathrm{VI}\right)$方程组中，为碎片飞行时在x方向的加速度，为碎片飞行时在x方向的速度，为碎片飞行时在y方向的加速度，为碎片飞行时在y方向的速度，A为(2)中所确定的碎片受力面积，已知，C_D为(2)中可以确定的碎片阻力系数，已知；C_L为(2)中可以确定的碎片升力系数，已知，ρ为(2)中可以确定的碎片密度，已知；m_p为(2)中可以确定的碎片质量，已知；α为(2)中可以确定的碎片飞行时攻角，已知；由于爆炸发生后碎片的初始位置(x₀，y₀，0)已知，初始速度已知，因此可以用迭代法求解碎片飞行中各个时刻的位置(x_t，y_t，0)，并与地理信息系统中的地形数据(x_t，y_l，0)进行比较，用迭代法确定出y_t＝y_l时停止迭代计算，碎片已落到地面，碎片的落点坐标为(x_t，y_t，0)；对于初始速度不在oxy平面内的碎片，首先根据爆炸瞬时速度V确定其与xy平面的夹角为γ，然后用迭代法确定碎片的落点坐标(x_tcosγ，y_t，x_tsinγ)；(8)、确定爆炸碎片的散布范围分别确定片状碎片、短粗形碎片、管状碎片、不规则形碎片在爆炸发生后的始速度，并按不同的方向进行速度合成，反复进行迭代计算求解并记录其落点，最后对记录的落点进行统计，确定爆炸碎片的散布范围，在地理信息系统中显示出来。