液体运载火箭爆炸碎片分布估计模型

甘朝虹，陈新华

(中国人民解放军装备学院，北京 101416)

液体运载火箭爆炸碎片是威胁发射场人员、设施设备安全的重要危险因素之一。液体运载火箭爆炸可近似归属于薄壁高压容器的爆炸，爆炸碎片的主要来源是推进剂贮箱和箭体结构件，碎片的形成及其在空中的飞行都是随机的。2010 年Jon D.Chrostowski 和Wenshui Gan［1］分析了战神I 号火箭碎片特性，但未见碎片分布的具体模型。目前，运载火箭爆炸碎片分布模型是根据航天事故实例，对爆炸碎片的散布范围进行统计分析获得。但目前我国缺乏完整的实际运载火箭爆炸碎片相关统计数据，也没有进行过液氢/液氧、液氧/煤油推进剂爆炸实验［2-3］。文献［4］给出了一些武器战斗部的破片分布半经验模型，比如由Mott 和Linfoot 提出的非控碎片平均质量和总数计算模型、Mott 破片质量/数目分布模型、Payman 碎片质量分布模型、Held 碎片质量分布模型、Weibull 碎片质量分布函数等，但这些计算模型均有一定限制，且不适合用于采用薄壁结构大尺寸推进剂贮箱的运载火箭爆炸碎片分布预估。本文利用美国土星4 号(S-Ⅳ)火箭全系统爆炸试验收集到的碎片数据［5］提出了火箭爆炸碎片分布估计模型，并用文献［6］给出的几种液体火箭爆炸事故碎片数据对理论模型进行了验证。

1 S-Ⅳ全系统爆炸试验碎片数据分析整理

表1 是根据文献［5］给出的S-Ⅳ全系统爆炸试验碎片数据整理出的单个碎片质量mf和质量大于mf的碎片个数。土星4 号(S-Ⅳ)火箭全系统爆炸试验收集到的碎片总数为412 个。……