книги из ГПНТБ / Логинов, И. Л. Инженерно-технические мероприятия, повышающие устойчивость электротехнического и радиоэлектронного оборудования к поражающим факторам ядерного взрыва учебное пособие
.pdfМинистерство высшего и среднего специального образования РСФСР
Л E H И H Г P А Д C К H й
ОРДЕНА ЛЕНИНА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ В. И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
И. Л. логинов
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ,
ПОВЫШАЮЩИЕ УСТОЙЧИВОСТЬ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО
ИРАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
КПОРАЖАЮЩИМ ФАКТОРАМ
ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Ленинград
1974
«
■—-T -
І |
Λhi. IrytfflWXWW |
і |
|
Г |
наѵ∙iH0-τexHB4ecκαιt 4 |
||
J |
<5,.5.-¡лотеи.а |
СССР |
I |
î |
si√.λ,tvw |
[ |
|
f |
Oi-STAnOKOOO гл.-іА |
||
УДК [621,37/39 : 621.3].019.3(075.8) ⅛ζ'-f-∕4ζ>%
В учебном пособии рассматривается характер воздействия поражающих факторов ядерного взрыва на электротехниче ское и радиоэлектронное оборудование, указывается порядок обоснования требований, обусловленных поражающими фак торами ядерного взрыва к оборудованию, даются основные инженерно-технические мероприятия, повышающие устойчіь вость оборудования к воздействию ядерного взрыва.
В учебном пособии рассмотрены кратко вопросы ударо стойкости, теплостойкости, радиационной стойкости, электро прочности, 'а также вопросы ионизации атмосферы при ядерном взрыве.
Учебное пособие предназначено для студентов Ленинград ского электротехнического института имени В. И. Ульянова (Ленина). Оно может быть использовано преподавателями кафедр и руководителями курсового и дипломного проекти рования.
© РИО ЛЭТИ, 1974 г.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время почти каждый объект народного хо зяйства включает электротехническое и радиоэлектронное оборудование, поэтому устойчивость к поражающим факто рам ядерного взрыва объекта в целом во многом зависит от
устойчивости электротехнического и радиоэлектронного обо
рудования.
Проблема устойчивости электротехнического и радиоэлек
тронного оборудования, т. е. способности его противостоять
воздействию внешних сил, в связи с принятием на вооруже ние ядерного оружия коренным образом изменилась. До при
нятия ядерного оружия на вооружение основным поражаю щим фактором взрыва заряда, воздействующим на объект,
была ударная волна. Поэтому при проектировании решались вопросы, связанные с выбором ударостойкости деталей, с ме
роприятиями, которые повышали устойчивость оборудования
к ударной волне. C принятием на вооружение ядерного ору
жия картина изменилась. Проблема устойчивости к ударной
волне стала более острой и сложной в силу особенностей, присущих действию ударной волны ядерного взрыва. Основ
ная из этих особенностей состоит в том, что ударная волна действует не на отдельные участки корпуса объекта, как это имеет место при взрыве обычного заряда, а на весь корпус, вызывая интенсивные ускорения и перемещение корпусных частей. Ударная волна поглощает около 50% энергии, обра зуемой при наземном ядерном взрыве, и этот факт предопре
деляет ее значение как основного поражающего фактора.
Кроме ударной волны, ядерный взрыв является источником и
других поражающих факторов. К ним относятся при назем
ном взрыве: световое излучение, проникающая радиация,
электромагнитный импульс, радиоактивное заражение. При высоком воздушном и высотном взрывах возникают большие
зоны с повышенной ионизацией, которые создают значитель
ные помехи в работе систем связи и радиолокации. В связи
1* 3
с этим приходится решать вопросы устойчивости электротех
нического и радиоэлектронного оборудования не только к ударной волне, но и к световому излучению, к проникаю
щей радиации, к электромагнитному импульсу.
Устойчивость электротехнического и радиоэлектронного
оборудования к поражающим факторам ядерного взрыва
определяется ударостойкостью, теплостойкостью, радиацион
ной стойкостью отдельных элементов и узлов, материалов,
применяемых при изготовлении оборудования.
Стойкость — это способность сохранять характеристики и
параметры в пределах установленных норм во время воздей
ствия поражающих факторов и после воздействия.
В данном учебном пособии рассматриваются такие вопро
сы, как характер воздействия поражающих факторов на элек
тротехническое и радиоэлектронное оборудование, его устой
чивость к поражающим факторам ядерного взрыва и инже
нерно-технические мероприятия, повышающие его устойчи
вость. Рассмотрение этих вопросов в данном учебном посо
бии не претендует на полноту изложения. Главная цель со
стояла в том, чтобы дать необходимые исходные данные для
расчетов при выполнении дипломного и курсового проекти
рования студентами ЛЭТИ, познакомить студентов с обосно
ванием требований к электротехническому и радиоэлектрон ному оборудованию с учетом поражающих факторов ядерно
го взрыва и с инженерно-техническими мероприятиями, по
вышающими устойчивость к ним.
При написании учебного пособия автор стремился к тому,
чтобы на профилирующих и других кафедрах института при изложении инженерного решения вопросов, связанных с по вышением устойчивости электротехнического и радиоэлек
тронного оборудования к поражающий факторам ядерного
взрыва, был бы отправной материал для их рассмотрения в
учебном пособии или в рекомендованной литературе. Учебное пособие представляет собой обобщение материала тех источ ников, которые перечислены в конце книги.
ГЛАВА 1
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ, ПОВЫШАЮЩИЕ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО
ИРАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ К УДАРНОЙ ВОЛНЕ
§1. Характер воздействия ударной волны и требования к ударостойкости составных частей электротехнического
ирадиоэлектронного оборудования
При воздействии воздушной или подводной ударной вол ны на объект давление на, стенки корпусной части объекта
распределяется неравномерно [2]. Наибольшее давление испы
тывает стенка, расположенная в сторону взрыва, она раньше других принимает на себя воздействие ударной волны, при
этом, вследствие торможения масс воздуха (воды), давление
повышается в два и более раз (при воздействии воздушной
ударной волны — в 2—8 раз, |
подводной — в 2—3 раза). Дав |
|||
ление отражения |
ударной |
волны можно подсчитать [3] по |
||
формуле: |
δPotp |
|
6∆pψ2 |
(1 ) |
|
|
= 2АРф + Д/7ф + 7p0 - |
||
где Арф — избыточное давление во фронте ударной |
волны; |
|||
Po — атмосферное давление.
У боковых поверхностей и у покрытия максимальное дав ление примерно равно избыточному давлению во фронте вол
ны, а за объектом максимальное давление несколько меньше, чем во фронте ,проходящей волны. В зоне, расположенной на некотором удалении от тыльной стороны, происходит соуда
рение волн, обогнувших объект, что приводит к повышению давления примерно в 1,5 раза. Отсюда следует, что устрой
ства и аппаратура, закрепленные на разных стенках, будут воспринимать воздействие ударной волны по-разному. Если
оборудование расположено с внешней стороны объекта, то
5
оно будет воспринимать действие ударной волны как и сами
стенки. Если оборудование закреплено на стенках с внутрен
ней стороны, то оно будет испытывать перегрузки, вызывае
мые ускорениями, которые развиваются частями корпуса под действием ударной волны.
Естественно, ударостойкость оборудования на большин
стве объектов должна быть согласована с ударостойкостью
корпусной части объекта. Корпусная часть объекта может получать под действием ядерного взрыва слабые, средние,
сильные и полные разрушения. Характеристика разрушений
дана в табл. 1 на основе работы [3].
При сильных и полных разрушениях объект не восстанав ливается, при слабых и средних разрушениях объект восста навливается. Поэтому оборудование должно функциониро вать, а в случае повреждения должно быть ремонтно-пригод
ным на тех расстояниях от центра взрыва, на которых кор пусная часть объекта не получает сильных разрушений. Ве
личины избыточных давлений, при которых корпуса некото
рых объектов получают средние разрушения, имеют следую
щие значения [16]:
30—50 кПа — для массивных промышленных зданий с ме
таллическим каркасом и крановым обору
дованием; 60—80 кПа — для транспортных судов;
20—30 кПа — для автомобильных радиостанций;
10—15 кПа — для транспортных самолетов.
Меньшее число показывает избыточное давление, при ко
тором электротехническое и радиоэлектронное оборудование
должно функционировать, большее является предельным зна чением, при котором оборудование еще может быть восста
новлено.
Расстояние, на котором возникают эти избыточные давле
ния, определяются по формулам:
— при наземном взрыве:
∆pφ= 105 -⅛-4,- 410⅛- + 1370⅛, кПа; |
(2) |
— при воздушном взрыве: |
(3) |
¾=82*^ + 265⅛L-+685⅛, кПа; |
где ^y8= 0,5q, q— тротиловый эквивалент, кг; R — расстоя ние до центра взрыва, м.
6
cα
tí s
ς
o cα
H
F-
⅛
Φ
t0
О
О
о
и
<υ
н
<0
о о о
\о X S о а> XO а X >> ⅛ CX
О) |
(D |
<υ |
о |
||
X |
|
о |
X |
|
\О |
|
CC |
|
X |
|
в=5 |
о |
|
ω |
7
q |
Расчетные данные |
приведены |
в |
табл. 2 для |
√=10 кт и |
|||||
|
= IO3 кт. Из этих данных легко видеть, что для ядерных |
|||||||||
взрывов справедлив |
закон |
подобия, |
который выражается |
|||||||
формулой: |
|
R. |
|
• |
|
|
|
|
(4) |
|
|
|
|
Ri |
_ Vqi |
|
|
Таблица 2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Наименование объекта; |
избыточные давления |
Расстояния R до центра |
|||||||
|
qвзрыва в |
метрах при |
||||||||
Промышленное здание с металлическим карка |
= 10 кт |
I |
q |
= IO3 кт |
||||||
|
||||||||||
|
сом, 30 кПа . |
|
|
|
|
|
648 |
|
|
11505320 |
Транспортное судно, 75 кПа ...... |
|
|
3000 |
|||||||
Автомобильная радиостанция, 20 |
кПа . . . |
1480 |
|
|
6850 |
|||||
Транспортный самолет (на |
аэродроме), |
10 кПа . |
2500 |
|
|
11550 |
||||
На предприятиях не всегда за основу расчета устойчивости
берутся здания и сооружения. Это зависит от характера про
изводства.
Более реальную картину действия ударной волны дает импульс силы, который учитывает продолжительность фазы сжатия и изменения избыточного давления в течение этого
времени. Величину импульса силы можно выразить [3] инте-
градом: |
о |
(5) |
|
/=⅛Δp(0di, |
где ∆p(∕)—избыточное давление в любой момент времени
после прихода ударной волны в точку
_ t |
(6) |
Δp(0 =Apφ(l~4^)e τ , |
где ∆pφ — максимальное давление во фронте ударной волны;
т — время действия избыточного давления:
τ = 0,002<7°∙2b2/?0-33, с; |
(7) |
√yβ —мощность взрыва ударной волны, кг; |
R — расстояние |
до центра взрыва, м. |
формы (мачты, |
Для сооружений, имеющих обтекаемые |
трубы и т. д.), основной разрушающей силой является скоро-
8
стной напор, т. е. движение воздуха (порыв ветра), равный:
ʌ5 W
Рск~ 2 |
’ 7a>+Δ∕>φ • |
(8) |
|
Изменение скоростного .напора во времени может быть пред
ставлено эмпирическим выражением:
∆Aκ(0 = ∆Aκ(l-4)2^^∙ |
(9) |
На оборудование действует в большей степени скоростной |
|
напор, а на ту часть оборудования, которая |
расположена |
внутри закрытых помещений, действуют ускорения, возни кающие при сотрясениях корпусных конструкций.
При подводном взрыве действие его на сооружения ха
рактеризуется не избыточным давлением, а давлением во фронте ударной волны. Величина его при взрыве в однород
ной безграничной жидкости определяется [17] по формуле:
pπ~ |
= 5,3∙IO3 |
(-ɪʃɜ, кПа. |
(10) |
|
|
|
|
|
|
Так как на подводную ударную волну расходуется около |
||||
60% энергии, то |
<7ув=О,6<7, где <7 — тротиловый эквивалент |
|||
ядерного взрыва, |
кг; |
R — |
расстояние до центра |
взрыва, м. |
|
|
|
|
|
Формулой (10) можно пользоваться при определении давле ния на небольших расстояниях от места взрыва или при
взрывах на большой глубине. В других случаях будет оказы
вать влияние свободная поверхность воды. При падении пря
мой ударной волны на свободную поверхность возникает
отраженная волна разрежения, уменьшающая амплитуду
прямой ударной волны. Влияние свободной поверхности учи
тывается коэффициентом А, когда A3 < 1 [17]:
(H)
где
(12)
H — глубина взрыва, м; L — расстояние по горизонтали меж
ду центром взрыва и рассматриваемой точкой нахождения
9
цели, м; |
h — |
удаление рассматриваемой точки от свободной |
||||||||||
ПОВерХНОСТИ ВОДЫ, Mi. |
|
< 1: |
|
|
|
|
||||||
При условии, что |
A3 |
|
кПа. |
|
(13) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Pm = Pn∞∙А, |
|
||||||
Приближенное время действия подводной ударной волны |
||||||||||||
для случая, |
когда |
h<^L |
и |
|
2Hh |
можно определить из |
сле |
|||||
|
|
|
|
|
H < L |
|
|
|
||||
дующего выражения: |
|
|
τ^~ |
cL |
|
|
|
|||||
В ближней зоне |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
τ = 1 (/¿2 + (//+Ж- ∕A2+(W-Λ)2) ,с, |
(15) |
||||||||||
где с — скорость звука в воде (1500 м/с). |
значительно |
|||||||||||
Время действия |
подводной ударной волны |
|||||||||||
меньше времени действия |
|
воздушной ударной |
волны. |
Это |
||||||||
объясняется тем, что водная среда имеет большую плотность,
а также образованием и действием волны |
разряжения. Им |
пульс давления при A3 < 1 определяется |
как произведение |
давления во фронте ударной волны на время ее действия и на
некоторый коэффициент, учитывающий удаление рассматри
ваемой точки от свободной поверхности [17]:
I |
= (0,75 ± 0, |
-⅛- |
(16) |
|
|
(Ah)pmx, |
|
||
знак + применяется |
когда h > 0,25 |
м/кг*'3, а, — при h < |
||
< 0,25 м/кг'/з.
Электротехническое и радиоэлектронное оборудование»
расположенное внутри корпуса, испытывает сотрясения, ко торые возникают под действием ударной волны. Нагрузки,
создаваемые при этом, определяются перемещением, скоро
стью и ускорением корпусных конструкций и фундаментов.
Определение этих параметров в общем виде в большинстве случаев представляет сложную задану из-за неограниченно
большого разнообразия конструкций. Тем не менее в ряде случаев приближенные значения величин этих параметров,
можно получить.
Как показывают расчеты и опытные данные, для наземных сооружений на тех расстояниях, при которых корпусная часть
получает средние разрушения, развиваемые при сотрясениях,
ускорения небольшие и составляют десятые доли земного
10