книги / Развитие теории анализа аварийной ситуации при хранении взрывчатыхз веществ

где α – угол подхода осколка к грани gk1, град.

Для оценки комплексного влияния всех параметров осколка на вероятность пробития корпуса боеприпаса введем интегральный показатель условий инициирования боеприпаса:

масса осколка; V – скорость осколка; H – толщина преграды; С0 – скорость звука; ρ0 – плотность корпуса боеприпаса.

Результаты расчетов показывают, что интегральный показатель условий инициирования боеприпаса имеет границы 0 ≤ η < 1 и учитывает все основные факторы, влияющие на про-

битие корпуса боеприпаса. Результаты расчета показателя приведены в табл. 2.1.

71

Очевидно, что чем больше значения скорости осколка, массы и угла подлета к корпусу боеприпаса, тем больше значение интегрального показателя инициирования боеприпаса. Очевидно также, что в случае пулевого воздействия на БП алгоритм для определения вероятности поражения корпуса БП будет иной. При первичном пулевом воздействии на БП пробивная способность пули определяется ее калибром и соответствующими весом пули q и длиной l, а также скоростью соударения Vo, углом подхода α к БП и углом нутации δ пули в момент соударения с преградой, при этом толщина предельного пробития зависит

от [45, 46, 47]:

72

где ρп,ρм – плотность сердечника пули и материала преграды;

P – нагрузка на сердечник пули в момент соударения, зависящая от угла нутации δ ; λ – коэффициент, учитывающий влияние скорости удара на эффективность дробления сердечника пули.

Предварительные расчеты показывают, что вероятность пробития пулей преграды заданной толщины в основном определяется углом нутации пули δ в момент соударения с преградой. Так как плотность распределения угла нутации δ неизвестна, то в этом случае правомерно принять равномерный закон распределения в диапазоне от 0° до 90°.

2.4. Методы управления безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов

Рассмотрев характер воздействия взорвавшегося боеприпаса на хранящиеся рядом заряды, протекание детонационных процессов и вероятности инициирования РГЗ, целесообразно проанализировать вопрос о возможности управления полем взрыва заряда взрывчатого вещества или хранящегося боеприпаса.

Поле взрыва заряда представляет собой некоторую область окружающего заряд пространства, с каждой точкой которого однозначно связаны значения параметров, характеризующих разлет продуктов детонации (их плотность, давление, величина и направление скорости разлета). Очевидно, что поле взрыва будет неустановившимся (нестационарным), т. к. в каждой точке поля все параметры будут меняться со временем. Зная параметры поля взрыва, можно определить характер распределения энергии взрыва в тех или иных направлениях, что дает возможность оценить эффективность разрушающего действия продуктов детонации в непосредственной близости от заряда. Характер распределения энергии взрыва в пространстве определяет степень воздействия продуктов детонации на различные тела, находящиеся в поле взрыва. В зависимости от требуемого характера воздействия на эти тела для обеспечения заданного действия боеприпасов необходимо управлять полем взрыва их заряда, т. е. перераспределять энергию в про-

73

странстве, окружающем точку взрыва. Известно что, видоизменяя форму заряда и смещая положение точки инициирования, можно управлять разлетом продуктов детонации, т. е. по существу управлять полем взрыва, концентрируя или рассредоточивая энергию взрыва в тех или иных направлениях. Следует также отметить, что с течением времени из-за растекания продуктов взрыва будет происходить перераспределение энергии в пространстве, т. е. концентрация энергии в различных направлениях будет выравниваться, приближаясь к равномерной, и области пониженных концентраций исчезнут.

Применяя различные способы изменения профиля детонационной волны, можно получить практически любую форму фронта детонационной волны, что позволяет управлять полем взрыва и обеспечивает заданный характер действия продуктов взрыва на те илииные элементы конструкции хранящихсябоеприпасов.

Кроме того, характер разлета продуктов детонации зависит от параметров оболочки, в которую заключен заряд ВВ. Если, например, заключить цилиндрический заряд в оболочку с открытыми торцами, то с увеличением толщины оболочки массы продуктов детонации, летящих в сторону торца, будут увеличиваться. Более интенсивное «выдувание» продуктов детонации приводит в этом случае к перераспределению энергии взрыва и увеличению коэффициента использования энергии в направлении открытых торцов заряда. Если же, наоборот, установить пластинки на торцах заряда (торцовая «оболочка»), то при увеличении толщины пластинок масса активной части заряда в сторону торцов будет уменьшаться. Следовательно, применяя более массивные по сравнению с боковой оболочкой торцовые «оболочки» (инертные «забивки» торцов заряда), можно заметно увеличить массу и энергию продуктов детонации цилиндрического заряда, разлетающихся в сторону боковой поверхности заряда.

Исходя из вышесказанного, очевидным является то, что управлять полем взрыва хранящегося боеприпаса возможно только на этапе размещения боеприпасов в хранилище с учетом поля взрыва боеприпаса конкретного типа. После начала процесса инициирование процесс управления направлен на локализацию аварийной ситуации.

74

Вобщем управление безопасностью хранения боеприпасов

ивзрывчатых веществ можно разделить на оперативное и долгосрочное. Оперативное управление может включать:

контроль и регулирование температурно-влажностного режима в сооружении хранения;

постоянный мониторинг прилегающей территории и сооружений хранения;

ликвидацию отказов технологического оборудования;исключение несанкционированного проникновения на тер-

риториюхраненияикаких-либодействийсбоеприпасамииВВ;идентификацию аварийной ситуации;локализацию аварийной ситуации.

Долгосрочное управление должно включать:

оценку значений скорости разлета осколков по направлениям боеприпаса первичного инициирования;

оценку значений скорости продуктов взрыва по направлениям взрывчатых веществ первичного инициирования;

оценку значений избыточного давления во фронте ударной волны боеприпаса первичного инициирования;

оценку поля взрыва боеприпасов, находящихся на хранении;

учет гарантийного срока службы боеприпасов и взрывчатых веществ;

оптимизацию размещения боеприпасов в условиях хранения;

повышение безопасности за счет реконструкции сооружений хранения;

расчет интегрального показателя условий инициирования;расчет вероятности инициирования боеприпасов в усло-

виях хранения;прогнозирование возможных аварийных ситуаций, си-

туационное моделирование;количественную оценку различных видов риска для все-

возможных вариантов развития аварии.

75

Раздел 3 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

ПОСЛЕДСТВИЙ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ХРАНЕНИЯ ТИПОВЫХ БОЕПРИПАСОВ

ИВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

3.1.Физико-математическая модель разгона осколочного элемента продуктами взрыва

сучетом разновременности инициирования боеприпаса

Протекание взрывного процесса в группе боеприпасов сопровождается их инициированием под воздействием вышеуказанных поражающих факторов. При этом факт задействования того или иного боеприпаса является случайным событием, следовательно, последовательность инициирования заряда ВВ может носить различный характер. В частности, инициирование может произойти в одном месте заряда БП или же одновременно в нескольких точках, и именно от характера инициирования меняется скорость разлета осколков и продуктов взрыва. Оценка скорости разлета осколков с учетом разновременности инициирования позволила бы определять вероятность задействования рядом хранящихся боеприпасов.

С целью решения данной задачи разработана модель разгона поражающего элемента продуктами взрыва. При этом основным допущением является то, что вместо осколочного элемента неправильной формы рассматривается тонкая (или несжимаемая) пластина. Это допущение эквивалентно тому, что время циркуляции ударной волны в пластине много меньше, чем в продуктах взрыва, и что вся энергия, отбираемая у продуктов взрыва, превращается в кинетическую.

Подобные же задачи решены при инициировании детонации только со свободного торца и только с контактной поверхности, мгновенно во всем объеме заряда в режиме скользящей детона-

ции [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55].

76

Рис. 3.1. Плоскости инициирования заряда взрывчатого вещества

Рассматривается заряд ВВ (рис. 3.1), ограниченный плоскостями х = 0 и х = –L, и бесконечный по другим координатам. В контакте с зарядом при х = 0 находится пластина, в областях 0 < x < –L – вакуум. Рассмотрим ускорение пластины под действием продуктов взрыва (ПВ). В общем случае инициирование детонации производится по плоскостям х = 0 и х = –L не одновременно. То есть разновременность инициирования может быть как ∆t > 0 , так и ∆t < 0 .

Используя акустическое приближение, принимаем, что для

где D – скорость детонации; ρ0 − начальная плотность ВВ.

Это уравнение достаточно адекватно отражает состояние ПВ, находящихся под давлением свыше 1 ГПа [56, 57, 58]. Из уравнения (3.1) следует, что:

77

P = ac3 ,

где c – скорость звука; a = 16 ρ0 .

27 D

Тогда уравнение движения пластины запишется в виде:

Решение ищется в безразмерных координатах. За единицу длины принимается длина заряда L, за единицу скорости – скорость детонации D, за единицу времени – время распространения нормальной детонационной волны через заряд ВВ толщиной L. Соответствующие безразмерные величины обозначим через Х, С, Т, М. Безразмерную разновременность обозначим ∆ Т, скорость пластины – через U. Из совместного решения уравнений (3.1) и (3.2) получим уравнение движения пластины

27 М dU = С3 .

16 dТ

Решение состоит из решения в области покоя или постоянного течения, области I и I´ (рис. 3.2) и решения в области II соответственно.

Для области постоянного течения из уравнений (3.3) можно получить следующие выражения:

78

Рис. 3.2. График зависимости Т(Х)

Уравнение характеристики, граничной между областями I и II, в нашем случае имеет вид:

2х+ 3 (∆Т + 1) = Т. 2

Из последних трех уравнений находятся координаты и скорость пластины в момент встречи с детонационной волной Х0,

Т0, U0:

В зоне II течение сложное. Анализ показывает, что в данной ситуации сложное течение можно представить как суперпозицию волны разрежения и постоянного течения:

Зона постоянного течения образуется в результате столкновения и отражения встречных детонационных волн. Определим координаты точки встречи (X1, T1) детонационных волн исходя

Х1 = −1 – уравнение детонационной волны, возникшей при

Т1

инициировании с торца Х = 0. В итоге координаты точки встречи будут иметь вид [29]:

Х1 = − 1 (1+ ∆Т); Т1 = 1 (1+ ∆Т). 2 2

В постоянном течении между расходящимися детонационными волнами размерные величины соответствуют безразмерным:

u = 0 U = 0, c = D C = 1.

Область постоянного течения образуется за счет столкновения и последующего расхождения двух детонационных волн. Давление в этой области соответствует давлению, реализуемому при торможении детонационной волны на абсолютной стенке:

В этом случае уравнение α -характеристики имеет вид:

х = D , а инвариант Римана: α = D. t

80