Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ исследований околоземной метеороидной обстановки и численных методов моделирования ударного воздействия 15
1.1. Осколочно-метеороидная обстановка 15
1.2. Существующие методы расчета и отработки ударной стойкости конструкций КА
1.2.1. Методы численного моделирования 3 0
1.2.2. Гидродинамический метод сглаженных частиц (SPH) 39
1.3. Применение SPH метода для расчета высокоскоростного соударения тел 41
ГЛАВА 2. Валидация численных алгоритмов расчета 50
2.1. Валидация применимости конечно-элементных моделей 50
2.2. Валидация применимости SPH-метода 60
ГЛАВА 3. Численное исследование ударного взаимодействия компактных частиц с элементами экранной защиты 69
3.1. Анализ импульсных характеристик при ударном воздействии компактной частицы на тонкие экраны 71
3.1.1. Постановка задачи 72
3.1.2. Импульс обратного выброса продуктов разрушения 72
3.1.3. Импульс в направлении скорости ударника 82
3.2. Исследование параметров облака вторичных осколков 85
3.2.1. Постановка задачи 87
3.2.2. Анализ результатов расчетов 88
3.3. Моделирование откольных явлений 97
3.3.1. Столкновение плоских пластин 97
3.3.2. Откол в защитном экране 104
ГЛАВА 4. Применение численного анализа к расчету параметров ударной стойкости защитных конструкций 110
4.1. Анализ защищенности Служебного модуля 110
4.1.1. Защитные конструкции Служебного модуля 110
4.1.2. Уточнение баллистических предельных зависимостей гермооболочки СМ 115
4.2. Анализ защищенности Многоцелевого лабораторного модуля 121
4.2.1. Защитные конструкции МЛМ 121
4.2.2. Уточнение баллистических предельных зависимостей гермооболочки МЛМ 123
4.3. Численный анализ ударного воздействия на элементы системы самогерметизации 135
Заключение 144
Литература 146
- Методы численного моделирования
- Валидация применимости SPH-метода
- Импульс обратного выброса продуктов разрушения
- Уточнение баллистических предельных зависимостей гермооболочки СМ
Введение к работе
Актуальность работы
На ранних этапах освоения околоземного космического пространства проблема столкновений космических аппаратов с метеороидами была второстепенной по сравнению со многими другими опасностями космоса. Однако, с увеличением человеческой активности в околоземном космосе ситуация изменилась. Отработавшие ступени ракет и вышедшие из строя спутники являются техногенным «космическим мусором» и количество его растет с каждым годом. Проблема также усугубляется столкновениями таких объектов между собой. Опасность техногенного засорения околоземной среды усугубляется увеличением количества космических аппаратов и их размеров. Постоянно действующая Международная космическая станция (МКС) является наиболее уязвимой мишенью для космического мусора. Крупные объекты систематизированы в специальных каталогах и для защиты МКС от столкновения с ними используется маневр уклонения путем корректировки орбиты. Мелкие частицы - осколки космического мусора (ОКМ) также представляют опасность для космических объектов. Защита от них в настоящее время осуществляется путем введения в конструкцию модулей специальных защитных экранов. Проектирование, отработка и подтверждение эффективности экранной защиты - актуальная задача современной космонавтики. Основные сложности ее решения обусловлены двумя причинами: жесткие весовые ограничения и высокие скорости соударения. Скорость столкновения с метеороидами и ОКМ варьируется в диапазоне 2-70 км/с. Наиболее опасные столкновения с осколками космического мусора происходят на скоростях до 15 км/с, при среднем значении 10,3 км/с.
Защита от ударов с такими скоростями не может базироваться на принципах бронезащиты, а методы расчета и испытаний требуют привлечения физических моделей и экспериментальной техники, отличающихся от распространенных методов прочностных расчетов и испытаний.
Целью диссертационной работы является исследование процесса ударного взаимодействия тел при высоких скоростях для определения характеристик эффективности экранных защитных конструкций и ударной стойкости гермооболочек космических аппаратов при воздействии высокоскоростных метеороидов и техногенных частиц с применением методов численного моделирования.
Автор выносит на защиту.
-
Результаты исследований массовых и импульсных параметров продуктов разрушения (облака вторичных осколков), образующихся при соударении сферической частицы и металлического экрана.
-
Метод расчета импульсной нагрузки от воздействия вторичного облака осколков на защищаемую конструкцию.
-
Результаты численных исследований образования откольных разрушений в
стенке гермооболочки при воздействии облака вторичных осколков. 4. Результаты расчетов по уточнению параметров ударной стойкости гермооболочек с экранными защитными конструкциями Служебного модуля и Многоцелевого лабораторного модуля Российского сегмента МКС. Научная новизна работы состоит
в развитии, верификации и валидации метода численного моделирования процессов высокоскоростного удара применительно к отработке и подтверждению эффективности экранной защиты и ударной стойкости конструкций космических аппаратов к ударам метеороидов и частиц космического мусора,
в анализе массово-импульсных характеристик облака вторичных осколков (продуктов разрушения исходной частицы и мишени) с учетом эффекта обратного выброса материала,
в обосновании и оценке точности зависимости размера отверстия в пластине при высокоскоростном пробое от скорости удара и соотношения размеров частицы и толщины пластины, применяемой в инженерных методиках расчета,
- в определении закона распределения удельной импульсной нагрузки на
защищаемую конструкцию от воздействия облака вторичных осколков
разрушения частицы и экрана.
Практическое значение работы.
1. Результаты исследований массово-импульсных параметров облака
вторичных осколков, метод расчета импульсной нагрузки от воздействия
вторичного облака осколков на защищаемую конструкцию, процессов
образования откольных разрушений использованы при уточнении инженерных
методик расчета баллистических предельных зависимостей гермооболочек
модулей PC МКС, применяемых в процессе отработки экранной защиты
космических аппаратов.
2. Уточненные баллистические предельные зависимости гермооболочек с
экранной защитой Многоцелевого лабораторного модуля и Служебного
модуля использованы для уточнения характеристик защищенности модулей
PC МКС.
3. Результаты работ применяются в ОАО "РКК Энергия" им. СП. Королева и
ФГУП ЦНИИмаш.
Апробаиия работы
Результаты проведенных исследований апробированы в процессе работ по обеспечению защиты PC МКС от микрометеороидов и космического мусора.
Основные положения диссертации докладывались на отраслевой научно-технической конференции «Молодежь в ракетно-космической отрасли» (ЦНИИмаш, сентябрь 2009 г.), на 52-ой научной конференции МФТИ (МФТИ, ноябрь 2009 г.), на семинаре «Проблемы математического моделирования при создании и эксплуатации ракетно-космической техники»
(ИКИ-РАН, декабрь 2009 г.), на научной конференции, посвященной 90-летию Ю.А. Мозжорина (ЦНИИмаш, ноябрь 2010 г.), на 53-ей научной конференции МФТИ (МФТИ, ноябрь 2010 г.), на 29-ом заседании межагентского координационного комитета по проблемам космического мусора (Берлин, аперль 2011), на научных чтениях, посвященных 100-летию со дня рождения М.К. Янгеля (ЦНИИмаш, октябрь 2011 г.), на 10-ой международной конференции «Авиация и космонавтика - 2011» (МАИ, ноябрь 2011 г.), на конкурсе молодых ученых на премию СП. Королева (Администрация г. Королев МО, декабрь 2011 г.)
Личный вклад автора заключается в верификации и валидации метода
численного моделирования соударения частиц космического мусора и
метеороидов с защитными конструкциями космических аппаратов, в
исследовании закономерностей изменения массово-импульсных
характеристик высокоскоростной частицы и продуктов разрушения защитных экранов в процессе образования облака вторичных осколков и его воздействия на защищаемую конструкцию, в обосновании точности инженерных методик, применяемых при проектировании и отработке экранных защитных конструкций, в уточнении баллистических предельных зависимостей гермооболочек с экранной защитой Многоцелевого лабораторного модуля и Служебного модуля МКС.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 7 работ, 2 - в журналах перечня ВАК.
Объем и структура диссертации.
Методы численного моделирования
Так же проведено несколько серий экспериментов с применением SPH метода, реализованного в вычислительном программном комплексе ANSYS/Autodyn. Рассматривается двумерная осесимметричная модель. Моделируется воздействие по нормали к поверхности лицевого экрана. В первой серии экспериментов рассматривалось воздействие компактной частицы на «тонкие» экраны. Скорость частицы изменяется от 3 до 9 км/с. Во второй серии экспериментов рассматривалось воздействие компактной частицы на «толстые» экраны. Скорость частицы 2,38 и 2,8 км/с. В третьей серии экспериментов моделировалось воздействие компактной частицы в средне- и высокоскоростном диапазонах воздействия на одноэкранные защитные конструкции. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными показали достаточно точное как качественное, так и количественное совпадение. В главе 3 диссертации представлены исследования массовых и импульсных характеристик продуктов разрушения, возникающих при столкновении частицы и тонкого экрана, так же проводится численный анализ откольных явления, возникающих в конструкциях при высокоинтенсивном нагружении.
Современные методы мониторинга быстропротекающих процессов не позволяют получить необходимой информации при проведении натурных экспериментов, например, импульсные характеристики облака вторичных осколков, образующегося после пробития преграды ударником. Экспериментально подтверждено, что при высокоскоростном соударении тел происходит «выплеск» материала в направлении противоположном вектору скорости ударника. Аналогичный эффект легко наблюдать при падении камня в воду. Применяемая в данный момент инженерная методика не учитывает параметров обратного выброса, таким образом, требуется уточнение параметров импульсного воздействия на элементы многоэкранных ЭЗК. В данном разделе речь пойдет об анализе импульсных и массовых параметров облака вторичных осколков и материала, получившего импульс в обратном направлении, при соударении ударника и тонкой пластины, имитирующей лицевой экран ЭЗК. Анализ проводится посредством проведения численных расчетов SPH методом, реализованном в программном комплексе ANSYS/Autodyn.
Принцип действия экрана состоит в том, чтобы разрушить частицу, превратив ее из компактного образования в облако продуктов разрушения (вторичных частиц) и тем самым "размазать" импульс первичной частицы на как можно большую площадь поверхности защищаемой конструкции, например гермооболочки. На начальном этапе соударения частицы с экраном их материалы испытывают большие деформации объемного сжатия. На последующей стадии разгрузки энергия сжатия частично переходит в кинетическую энергию разлета продуктов разрушения относительно движущегося центра массы облака вторичных частиц. В результате в заэкранном пространстве формируется расширяющееся коническое облако продуктов разрушения частицы и экрана, воздействие которого на защищаемую конструкцию существенно менее опасно, чем удар первичной частицы. Особый интерес представляет распределение импульса в осколочном облаке. В данном разделе предложен метод определения распределения импульса в облаке вторичных осколков, образующегося при пробитии «тонкого» экрана компактной частицей в средне- и высокоскоростном диапазонах.
Откольные явления часто встречаются в процесса, связанных с высокоинтенсивным нагружением, например, при ударном или взрывном воздействии. Рассматривая процесс ударного воздействия на экранную защитную конструкцию откол зачастую происходит при воздействии облака вторичных осколков на защищаемую стенку. Это связано с тем, что при взаимодействии облака в экране образуется практически плоская ударная волна, отражаясь от задней свободной поверхности экрана, ударная волна сжатия превращается в волну растяжения, и при достижении критического значения растягивающего давления происходит разрушение материала экрана. Этот эффект может проявляться как в виде внутренней трещины, при этом целостность экрана сохраняется, так и в виде отделения части материала от защитного экрана. В обоих случаях сквозного пробоя не наблюдается, но данное явление, помимо разупрочнения гермооболочки КА может вызвать повреждение оборудования и физические увечья экипажа (скорость отколовшихся элементов достигает нескольких сот метров в секунду). В данный момент Космические агентства разных стран не пришли к общему мнению считать защитную конструкцию с образовавшимся отколом разрушенной или нет, но, несмотря на это, явление откола, безусловно, необходимо учитывать при оценке стойкостных параметров ЭЗК к ударному воздействию. В данном разделе представлены расчетные исследования по определению откольных явлений при ударном воздействии.
В главе 4 представлены материалы по практическому применению SPH метода к расчету защитных конструкций PC МКС.
Для уточнения БПЗ стенок гермооболочки СМ и МЛМ были проведены систематические расчеты с использование вычислительного программного комплекса ANSYS/Autodyn. Применялся бессеточный SPH- метод.
Из анализа проведенных расчетов и полученных результатов можно сделать вывод о высокой эффективности применения вычислительного программного комплекса ANSYS/Autodyn с использованием бессеточного SPH - метода для проведения контрольных и уточняющих расчетов БПЗ. Кроме того, следует отметить достаточно хорошее согласование результатов расчетов БПЗ, полученных по инженерной методике, как с данными расчетов по SPH -методу, так и с аппроксимирующими зависимостями, полученными по методике NASA.
Валидация применимости SPH-метода
Рассматривается ударное воздействие компактной сферической частицы по нормали на металлическую пластину, являющуюся имитатором лицевого экрана ЭЗК. Диапазон скоростей воздействия от 2 км/с до 10 км/с, с шагом 1 км/с. Толщина пластины - 2 мм, диаметр ударника варьируется в диапазоне от 2 мм до 10 мм с шагом 2 мм. Так же рассматриваются варианты для аналогичным отношением dp/h - диаметр частицы 10 мм, толщина пластины 5; диаметр частицы - 5 мм, толщина пластины - 1мм. В дополнительных расчетах рассматриваются скорости воздействия 2 км/с,5 км/с, 8 км/с. При расчетах, проводимых инженерными методиками, в данный момент, одним из основных безразмерных параметров является отношение диаметра частицы к толщине экрана (dp/h). Дополнительные расчеты проводятся для подтверждения предположения об идентичности результатов в случае равенства этого параметра в разных задачах, например, при воздействии частицы диаметром 5 мм на экран толщиной 1мм и частицы 10 мм на экран 2 мм.
Материал частицы - сплав 2024-Т4, пластины - алюминиевый сплав 6061-Т6; для них имеется наиболее полная информация о свойствах материала. Используется уравнение состояния Ми-Грюнайзена и модель упрочнения Штейнберга-Гуйнана. Предельная величина растягивающего напряжения принята 1,2 ГПа для обоих материалов.
Здесь и далее, значение импульса «обратного» выброса отнесено к начальному импульсу частицы. Масса частицы, выброшенная в направлении, противоположном вектору скорости ударника, отнесена к начальной массе частицы, а масса пластины, выброшенная в этом направлении, - к массе материала, выбитого из пластины. Результаты расчета для случая dp = 2 мм, h = 2 мм представлены в таблице 3.1.1 и на рисунках 3.1.1 и 3.1.2.
Массовые характеристики для случая dp/h = 1 Как видно из диаграмм, значительная составляющая обратного выброса как по импульсу так и по массе - это материал экрана. Средняя величина массы частицы, выброшенной в обратном направлении не превышает 5%, а импульса 1%.
При скорости удара 9 км/с ярко выражен скачек обратного выброса массы, это обусловлено тем, что при данной скорости в расчете для случая dp = 2 мм, h = 2 происходит откол достаточно большого элемента экрана (рисунок 3.1.3), при воздействии на скорости 8 км/с такого откола не наблюдается (рисунок 3.1.4). Явного скачка импульса не наблюдается т.к. скорость осколка невелика по отношению к скорости удара.
Рост значения обратного выброса массы является неравномерным, как и в предыдущем случае, это обусловлено тем, что в расчете для случая dp = 4 мм, h = 2 происходят отколы достаточно больших элементов экрана. Явного скачка импульса при этом не наблюдается.
Величина обратного импульса равномерно увеличивается с увеличением скорости ударника, в высокоскоростном диапазоне достигая величины 9 %.
Как видно из таблицы, значительная составляющая обратного выброса как по импульсу так и по массе - это материал экрана. Средняя величина массы частицы, выброшенной в обратном направлении не превышает 1 %, а импульса 1 %.
Величина "обратного" импульса равномерно увеличивается с увеличением скорости ударника, в высокоскоростном диапазоне достигая величины 5.5 % относительно начального импульса частицы. Результаты расчета для случая dp — 8 мм, h = 2 мм представлены в таблице 3.1.4.
Как видно из диаграмм значительная составляющая обратного выброса как по импульсу так и по массе - это материал экрана. Средняя величина массы частицы, выброшенной в обратном направлении не превышает 1 %, а импульса 1 %.
Рост значения обратного выброса массы является неравномерным, это обусловлено тем, что расчете для случая dp = 10 мм, h = 2 происходят отколы достаточно больших элементов экрана. Явного скачка импульса при этом не наблюдается.
Величина обратного импульса равномерно увеличивается с увеличением скорости ударника, в высокоскоростном диапазоне достигая величины 2,5%.
Как видно из таблицы значительная составляющая обратного выброса как по импульсу так и по массе - это материал экрана. Средняя величина массы частицы, выброшенной в обратном направлении не превышает 1 %, а импульса 1 %.
Величина обратного импульса равномерно увеличивается с увеличением скорости ударника, в высокоскоростном диапазоне достигая величины 2,5 % относительно начального импульса частицы.
Как видно из таблицы, значительная составляющая обратного выброса как по импульсу так и по массе - это материал экрана. Средняя величина массы частицы, выброшенной в обратном направлении не превышает 2 %, а импульса 1 %.
Величина обратного импульса равномерно увеличивается с увеличением скорости ударника, в высокоскоростном диапазоне достигая величины 9 %.
Проведенные расчеты позволяют сделать вывод о незначительности потерь относительной величины импульса при обратном выбросе материала (2 - 8%) для диапазона применимости инженерной методики, несмотря на то, что происходит значительный обратный выброс материала, достигающий 20 - 25 % массы выбитой из экрана. Как было отмечено ранее, основную часть обратного импульса формирует материал экрана - относительный импульс материала частицы, вовлеченного в обратный выброс не превышает 1%.
Расчеты также подтверждают предположения об идентичности результатов для случаев с одинаковым отношением dp/h. Как видно из приведенных расчетов для случаев dp/h=2 и dp/h=5 (таблица 3.1.8, рисунок 3.1.7) относительные массовые и импульсные характеристики продуктов обратного выброса практически не отличаются при варьировании толщины экрана и диаметра налетающей частицы. Незначительные расхождения связаны с численной погрешностью вычислительного метода.
Импульс обратного выброса продуктов разрушения
Основные принципы противометеороидной защиты модуля СМ соответствуют заложенным при проектировании базового блока станции «Мир» с проектным временем эксплуатации в течении 5 лет, что обеспечивало ВНП не менее 0,95. Увеличение времени эксплуатации модуля СМ до 15 лет по сравнению с базовым блоком станции «Мир», увеличение общей площади гермооболочек МКС по отношении к ОК «Мир» (2500 м2 вместо 500 м2), а также повышение уровня загрязнения околоземного пространства техногенными объектами потребовали пересмотра степени допустимого риска пробоя отдельных модулей МКС. Оценка вероятности непробоя гермооболочки СМ показала несоответствие требованиям Спецификации SSP 41163. По результатам согласования с НАСА принято решение о допуске СМ в стартовой конфигурации к функционированию в составе МКС в течении первых 3,7 лет с последующим усилением экранной защиты на орбите до уровня, обеспечивающего необходимый требования. Невозмолшость вывода на орбиту модуля с усиленным вариантом защиты привела к необходимости доработки экранной защиты на орбите. В результате проектных проработок выбран комбинированный вариант дополнительной защиты: - с установкой экранов на корпусе модуля; - с развертыванием "теневых" экранов, обеспечивающих при постоянной орбитальной ориентации МКС перехват частиц с направлений наиболее вероятного их прихода. В период с 2002 г. по 2006 г. в РКК «Энергия» совместно с ЦНИИмаш были разработаны и установлены на СМ 23 дополнительных противоосколочных панели, защищающие наиболее слабо защищенную коническую часть корпуса между рабочими отсеками большого и малого диаметра. Структура дополнительной панели и ее вид представлены на рисунках 4.1.1,4.1.2. Коническая обечайка служебного модуля (зона 8) с установленными дополнительными защитными панелями
Структура дополнительной экранной панели, изображённая на рисунке 4.1.2, выбрана по результатам проектно-конструкторских проработок и расчётно-экспериментальных работ, проведенных РКК «Энергия» совместно с ЦНИИмаш [40]. Сертификационные испытания образцов конструкции гермооболочки с дополнительной противометеоритнои панелью (ДГШ) на высокоскоростной удар были проведены в ЦНИИмаш. Результаты испытаний изложены в [41]. Разработка и установка ДПП, устанавливаемых на конусной части СМ, проводилась в два этапа. На первом этапе был доставлен комплект из 6 панелей ДПП полётом ОК «Шаттл» STS-105 (7А.1). Панели были установлены в 2002 г. После доставки трёх пакетов из 17 панелей ДПП полётом STS-116 (12.А1) панели были установлены в 2006 г.
Радиаторы рабочего отсека (РО) большого и малого диаметра являются одновременно и противометеороидными экранами. Установка дополнительных экранов над и под радиаторами невозможна. С целью дополнительного экранирования конструкции СМ от ударов микрометеоритных и техногенных частиц и достижения требуемого значения ВНП рассмотрена возможность использования солнечных батарей СМ, штатно ориентированных параллельно местной вертикали в пределах ± 22,5, в качестве «теневых» экранов. Эффективность экранирования корпуса СМ солнечными батареями была исследована экспериментально на испытательной базе НАСА с использованием солнечных панелей базового блока ОС «Мир», возвращённых с орбиты в 1998 г. По результатам экспериментов были проведены расчёты ВНП СМ с учётом преград, полупрозрачных для орбитальных осколков. Результаты расчётов показали, что изменение ориентации СБ модуля СМ даёт существенное увеличение ВНП.
Результаты расчётов ВНП модуля СМ, с установленными на конической части рабочего отсека 17-ю ДПП с учётом затенения корпуса СМ вертикально ориентированными СБ СМ, а также радиаторами и солнечными панелями американского сегмента, приведенные в РКК «Энергия», показали, что расчётное значение ВНП СМ за 15 лет не обеспечивает требования спецификации SSP 41163.
С целью достижения требуемого значения ВНП модуля СМ проведена разработка 5-ти ДПП, устанавливаемых на РО малого диаметра на передней части РО в зоне, граничащей с радиатором. Панели доставлены на МКС грузовым кораблем «Прогресс» № 414 в январе 2012 г. и установлены при проведении ВКД № 30.
Уточнение баллистических предельных зависимостей гермооболочки СМ
При прохождения возмущения через третью по счету трубку, значение амплитуды давления снижается с 0,1 ГПа до 0,01 ГПа. Следующие трубки получают значительные осколочные повреждения и так же разрушаются. В результате расчета было выявлено возникновение значительных повреждений конструкции, вызванных гидроударом. При высокоскоростном воздействии, давление, возникающее в жидкости, является причиной образования значительных повреждений и образования большого количества осколков, которые являются потенциально опасными для других элементов защитных конструкций.
Рассматривается воздействие компактной частицы на заполненный жидкостью и незаполненный пакетный макет системы самогерметизации. Диаметр налетающей частицы составляет 6 мм, Общая толщина пакета составляет 10 мм, толщина стенки пакета 0,5 мм, длина пакета составляет 100 мм. Для частицы использовалась модель алюминиевого сплава 6061-Т6, для пакета - модель материала из полиэстера. Жидкость задавалась как вода, так как физические свойства химических реагентов, применяемых в натурных экспериментах, очень близки к физическим свойствам воды. Применяется осесимметричная расчетная схема. Моделировалось воздействие по нормали со скоростью 7 км/с. На рисунках 4.3.3, 4.3.4 представлена визуализация результатов численного расчета для незаполненных (левые рисунки) и заполненных (правые) пакетных элементов системы самогерметизации.
Численный расчет ударного воздействия на незаполненную пакетную схему показывает незначительные повреждения элементов конструкции. Налетающая частица разрушает стенки пакета, образуя отверстия размером порядка своего диаметра, и сильно деформируется, наблюдается незначительное деформирование неразрушенной части стенок пакета. Таким образом, пакетная незаполненная схема претерпевает незначительные повреждения при воздействии частицы в высокоскоростном диапазоне.
При воздействии частицы в высокоскоростном диапазоне на заполненные пакетные элементы конструкций, в жидкости, заполняющей пакеты, в момент удара возникает давление порядка 106 атм. Наблюдаются значительные разрушение и выплеск материала в прямом и обратном направлении движения ударника, связанные с образование сильной ударной волны в жидкости. Интенсивность возмущения в жидкости, вызванной ударным воздействием, со временем затухает. При прохождении возмущения через весь пакет, значение амплитуды давления снижается до 300 атм. Используемая модель разрушения материала позволяет моделировать продольное расслоение, но не учитывает возможное поперечное разрушение, таким образом, в результате расчета боковая стенка пакета претерпевает деформацию, но не разрушается. В действительности материал стенки пакета не может выдержать столь интенсивные давления и должен порваться. В результате следует сделать вывод, что заполненная пакетная схема не является эффективной в высокоскоростном диапазоне ударного воздействия
Проведенные расчеты показали, что динамическая самогерметизация при низких скоростях пробоя (до 1 км/с) вполне осуществима, уровень скоростей удара по пакетам с реагентами такой, что эффекты гидроудара незначительны, пакеты разрушаются только в месте контакта с частицей и в небольшой прилегающей зоне.
Как и в случае с трубочной схемой в результате расчета было выявлено возникновение значительных повреждений конструкции, вызванных гидроударом, что говорит о неэффективности использования схем предварительно заполненных реагентами. При больших скоростях пробоя пакеты с имитаторами в результате ударного воздействия получили масштабные разрушения. Большая часть жидких имитаторов после пробоя была выдавлена в полость "гермоотсека" частично под действием ударника, частично под действием фрагментов выбитой и раздробленной при ударе части стенки, и частично под действием сопутствующей ударной волны.
Проведенные исследования позволили получить ряд важных результатов, касающихся как проверки функциональности предлагаемых автономных схем самогерметизации, так и определения направлений дальнейших работ. Время пробития стенки и образования осколков измеряется миллисекундами, тогда как время предварительной частичной герметизации отверстия механическими частицами (предгерметизация) и полимеризации реагентов в смесительной камере составляет несколько секунд, причем сначала реализуется предгерметизация, а затем полимеризация. Отсюда следует, что опыты по герметизации пробойных отверстий могут быть разделены на несколько независимых, последовательно реализуемых стадий, а именно: - пробой опытного образца высокоскоростной частицей; - предварительная частичная герметизация отверстия механическими частицами (предгерметизация); - подача реагентов в область пробоины, их последующая полимеризация и образование герметизирующей пробки.
