[发明专利]一种碎片高速撞击作用下卫星贮箱临界起爆的计算方法

说明书

本发明属于爆炸与冲击动力学领域，涉及碎片高速撞击作用下卫星贮箱临界起爆的计算方法，其目的是利用该方法判断碎片高速撞击能否引发卫星贮箱爆炸。所提出的一种碎片高速撞击作用下卫星贮箱临界起爆的计算方法，首先，构建贮箱内冲击波压力和压力持续时间的计算公式；其次，确定推进剂液态肼的功率密度阈值，建立适用于卫星贮箱的临界起爆模型；最后，验证卫星贮箱临界起爆模型的有效性。本发明的优点是无需开展碎片高速撞击试验，就可以定量判断碎片撞击是否引发卫星贮箱爆炸，成本较低，易于实现。

技术领域

本发明属于爆炸与冲击动力学领域，涉及碎片高速撞击作用下卫星贮 箱临界起爆的计算方法。

背景技术

随着空间碎片数量的迅速增长，在轨卫星与空间碎片发生碰撞的概率 大大升高。装载液态肼的卫星贮箱占据卫星质量的一半左右，是受碎片威 胁最大的关键部件之一。碎片高速撞击作用下可能导致卫星贮箱破裂，推 进剂泄漏；也可能使液态肼发生分解反应并放出大量热，引发贮箱爆炸， 造成卫星灾难性解体。

美国的NASA标准解体模型可以描述碎片高速撞击作用下卫星的失效 模式和解体程度，主要包括爆炸解体模型和撞击解体模型两部分。在撞击 解体模型中NASA定义了撞击解体阈值当碎片撞击动能E_p与卫星质量 mt的比值大于时,认为碎片撞击导致卫星完全解体。但NASA并没有定义 爆炸解体阈值，针对碎片撞击卫星贮箱的事件，如果不能判断碎片撞击是 否引发贮箱爆炸，就无法界定卫星的失效模式。因此，有必要对碎片撞击 作用下卫星贮箱的临界起爆开展深入研究。

目前，针对非均质炸药临界冲击起爆的研究较为普遍，而对液体推进 剂贮箱的临界冲击起爆研究较少，下述文献涉及到了相关研究。

1、熊冉等人“破片冲击引爆带金属壳体屏蔽炸药临界条件研究”，爆 破，2015年第4期。论文根据能量密度理论和破片撞击带壳B炸药的试验， 推导出金属壳体屏蔽炸药的临界冲击起爆判据，判据计算结果与试验数据 之间的误差小于10％。

2、何源等人“含能破片冲击起爆临界条件研究”，弹道学报，2010年 第4期。论文基于ANSYS/LS-DYNA开展数值仿真，建立了包含破片直径、 头部形状、壳体材料的经验计算公式，该公式能较准确地计算含能破片冲 击起爆的临界条件；

3、王卫杰等人“射弹超高速撞击卫星推进剂起爆模型研究”，系统仿 真学报，2011年第12期。论文将推进剂液态肼看作非均质固体炸药，推导 了液态肼的撞击起爆模型。

实际上，液体推进剂与非均质炸药相比，物化特性大不相同，碎片撞 击后冲击波的传播过程和作用机理也存在差异，因此，上述非均质炸药的 冲击起爆判据难以准确描述液体推进剂的冲击起爆问题。

发明内容

本发明针对碎片高速撞击能否引爆卫星贮箱的问题，提出一种碎片高 速撞击作用下卫星贮箱临界起爆的计算方法。

本发明的碎片高速撞击作用下卫星贮箱临界起爆计算方法的实现方案 如下：首先，基于Walker-Wasley判据，构建贮箱内冲击波压力和压力持续 时间的计算公式；其次，确定推进剂液态肼的功率密度阈值，建立卫星贮 箱临界起爆模型；最后，验证卫星贮箱临界起爆模型的有效性。

本发明的碎片高速撞击作用下卫星贮箱临界起爆计算方法见具体实施 方案部分描述。

本发明的碎片高速撞击作用下卫星贮箱临界起爆计算方法的优点是：

(1)本发明无需开展碎片高速撞击试验，就可以定量判断碎片撞击是 否引发贮箱爆炸，成本较低，易于实现。

(2)计算结果准确有效。采用卫星贮箱临界起爆模型对 WSTF#TITANK试验开展计算，计算结果与试验结果具有良好的一致性， 验证了卫星贮箱临界起爆模型的有效性。

附图说明