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液体推进剂爆炸威力:航天器发射技术揭秘!

时间:2023-07-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:航天发射场布局涉及的主要危险源为推进剂,主要危险事件包括着火、爆炸和毒害。另外,氧化剂和燃料的受限度也严重影响液体推进剂的实际爆炸威力,例如,等量的液体推进剂在密封容器里爆炸和溢出地面后爆炸所释放的能量有很大差别。表5.3提供的K值均为上限值,在实际爆炸过程中的K值与其有很大的差別。

液体推进剂爆炸威力:航天器发射技术揭秘!

航天发射场布局涉及的主要危险源为推进剂,主要危险事件包括着火、爆炸和毒害。其他设施设备涉及的一般危险源这里不再论述。

推进剂的潜在危险来源于推进剂操作各个环节中的错误行为,如泄漏、非受控排放、与人体直接接触、对土壤和大气的污染等,其危害性来源于推进剂本身的毒性、腐蚀、易燃、易爆等特性。

常规推进剂中,肼为弱有机碱,与红烟硝酸、四氧化二氮等强氧化剂接触时可立即发生自燃,泄漏到含有氧化剂的木头或干草上时会着火。偏二甲肼易挥发,属于三级中等毒性物质,自身及其中间产物有致癌、致畸、致突变的毒性,中毒的途径主要是吸入和皮肤接触。

四氧化二氮是强氧化剂,具有较强的腐蚀作用,属于三级中等毒性物质,中毒的途径主要是吸入二氧化氮气体和皮肤接触。常温下四氧化二氮液体挥发产生的二氧化氮气体对人的皮肤和呼吸道危害严重。四氧化二氮与肼类推进剂接触会产生燃烧或爆炸,与多种有机溶剂,特别是卤化溶剂(如二氯甲烷、过氯乙烯四氯化碳等)混合,当受热或受冲击时,会发生猛烈爆炸。

低温推进剂中,首先要防范推进剂低温可能对人体造成的伤害,当皮肤接触液氢,液氧或无保温层的加注管路、容器时,会导致严重冻伤。液氢及其挥发的氢气本身无毒,但氢气浓度过高会导致人产生呼吸困难等症状。泄漏的氢气遇火极易发生爆轰或爆炸,具有较宽的可燃极限和爆炸极限。液氧和气氧是强氧化剂,能够强烈地助燃,与脂肪、凡士林、酒精、润滑油等接触时,会发生激烈的氧化作用。

烃类推进剂中,航天煤油是可燃液体,其蒸气与空气混合能形成爆炸混合物,遇明火或电火花会发生着火或爆炸;它与液氧、硝基类推进剂等接触不会自燃,只有在外界激发能的作用下才会发生着火,甚至爆炸。对人体的危害来自芳香烃和含铅添加剂,中毒途径是吸入煤油蒸汽及皮肤接触。

1.液体推进剂的爆炸特征

液体推进剂在爆炸过程中所释放能量的计算是确定爆炸所造成的危险的先决条件,而且液体推进剂的爆炸与一般的凝聚性炸药的爆炸有很大的区别,所以必须对其爆炸特征和爆炸威力的计算作专门的研究。

液体推进剂的爆炸的一个重要特征是它的潜在爆炸威力非常大,其爆热远高于TNT炸药的爆热,但在爆炸过程中实际释放出的能量却很低,这是因为在推进剂着火之前,燃料和氧化剂绝不可能按恰当的比例在爆炸瞬间混合起来。另外,氧化剂和燃料的受限度也严重影响液体推进剂的实际爆炸威力,例如,等量的液体推进剂在密封容器里爆炸和溢出地面后爆炸所释放的能量有很大差别。有关液体推进剂爆炸的测试报告表明液体推进剂的爆炸有如下几个特征:

(1)爆炸威力和推进剂的类型有很大关系;

(2)爆炸威力和运载火箭的失效模式有关,爆炸威力的最大值出现在推进剂着火时,氧化剂和燃料已充分混合的情况下;

(3)大容量液体推进剂常发生自动点火,导致很小的爆炸威力,自动点火现象是大型液体推进剂爆炸威力的重大限制因素;

(4)对于低温推进剂,如果忽略发生自动点火的可能性,其爆炸威力则与点火时间有关;

(5)随着总推进剂的量的增加,单位质量的推进剂的爆炸威力减小;(www.xing528.com)

(6)相对于普通凝聚性炸药来说,液体推进剂的爆炸有较多可变因素。

2.爆炸威力的工程计算

液体推进剂的爆炸威力与推进剂的种类、质量以及运载火箭的失效模式等多种因素有关,目前尚无准确的计算公式,只有工程算法,它是结合实际的液体推进剂在地面上非密封情况下混合时的爆炸当量提出的。工程上计算爆炸威力的经验公式为

式中,WT为等效的TNT炸药的质量(kg);K为TNT当量系数;Q为推进剂质量(kg)。

TNT当量系数K是指以TNT炸药能量为100,其他爆炸物释放的能量与它的比值的百分数,K值的大小与爆炸模式(运载火箭失效模式)、推进剂的总质量等因素有关,几种液体推进剂的K值上限见表5.3。自燃推进剂的K值与运载火箭失效模式的关系见表5.4。

表5.3提供的K值均为上限值,在实际爆炸过程中的K值与其有很大的差別。

表5.3 几种液体推进剂的TNT当量系数K

表5.4 自燃推进剂TNT当量系数K和运载火箭失效模式的关系

注:“*”表示非自然推进剂

本节仅给出用来估算K值得两个表格,更准确的估算方法可查阅《推进剂储箱和气瓶爆炸压力波和碎片效应预测手册》。

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