Диссертация (1149812), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Под ДП может пониматься досмотр66сотрудником службы безопасности транспортного терминала при помощи ручногодетектора металла или другим методом. ДП является психологическим воздействием натеррориста, в результате которого последний в состоянии тревоги вероятнее всегоприведет ВУ в действие. Различного рода сканеры и устройства, предназначенные длятелеметрии человека (измеряющие например частоту сердцебиения) также неэффективныв потоке людей, кроме этого, такие устройства зачастую склонны к ложнымсрабатываниям. 24 января 2011 года террорист-самоубийца беспрепятственно пронес ВУ втерминал аэропорта Домодедово и привел его в действие в зале международных прилетов(рисунок 44, запись камеры внутреннего наблюдения) [87].Рис.43 Последствия теракта на железнодорожном вокзале в ВолгоградеРис.44 Момент взрыва в международном аэропорту ДомодедовоСледует также подчеркнуть, что в диссертационной работе не ставилась цель разработатьалгоритм задержания террориста-самоубийцы на входе в транспортный терминал.Основная цель ВШ - уменьшить последствия фугасного и осколочного действия взрыва,возникшего в результате приведения ВУ в действие внутри шлюза.
При этом ВШ, вотличие от других устройств аналогичного действия, должен иметь максимальную67пропускную способность. На рисунке 45 приведен план Международного аэропортаДомодедово [27], где прямоугольниками показаны возможные места установки ВШ. Онисоответствуют входам в аэропорт №1-4.На рисунке 46 продемонстрирована возможная установка ВШ перед входом втранспортный терминал, что может являться дополнительной мерой безопасности (ВШможет быть установлен и перед входом в транспортный терминал и после него, еслиплощадь помещения и планировка позволяют сделать это).
На рисунке 47 представленасхема двухпотокового движения людей через вход №2 данного аэропорта. При такомподходе пропускная способность ВШ существенно возрастает. Кроме этого, ввидугеометрических особенностей ВШ появляется возможность непосредственно в зоневозможного подрыва проводить дополнительный досмотр и ДП.Рис.45 План Международного аэропорта Домодедово.
Возможные места установки ВШ(входы №1-4). Пример установки после входа в транспортный терминал68Рис.46 План Международного аэропорта Домодедово. Возможные места установки ВШ.Пример установки перед входом в транспортный терминалПредлагаемая геометрия взрывозащитного шлюза приведена на рисунке 48.Считаем, что такая геометрия является наиболее выгодной с точки зрения пропускнойспособности, имеющая наименьшие габаритные размеры.
Кроме этого, данная геометрияимеет 3 поворота по ходу движения людей, в то время как каждый поворот шлюзаявляетсядополнительнымпрепятствиемдляраспространенияударнойволны(максимально используем частичное отражение и частичное поглощение волны угламипрепятствия). Закрашенная область стенки ВШ выполнена из двухфазной пузырьковойсреды (диспергента). Как известно, такие среды очень эффективно поглощают энергиювзрыва [78,77]. На рисунке 49 отображена сплошной заливкой прямоугольника зонавозможного подрыва. Высота расположения ВВ над поверхностью земли (пола) длярасчета принималась равной 1м (рисунок 51) - некоторая аналогия расположения ВУ нателе террориста-самоубийцы в брюшном районе.69Рис.47 Схема двухпотокового движения людей через ВШ на примере входа №2 вМеждународный аэропорт ДомодедовоРис.48 Геометрия взрывозащитного шлюза (горизонтальный разрез)70Рис.
49 - Зона возможного подрываРис.50: Расположение ВВ при расчете (сферический заряд массой 1,45 кг ТНТ)Процесс распространения ударной волны - нелинейный процесс. Методам моделированиянелинейных физических процессов вообще посвящена отдельная обширная публикация[96]. Обращает на себя внимание подход к расчету энергетических характеристик,приведенный в указанной публикации. Такой метод можно применять для оценки долиэнергии, которую поглощает двухфазный диспергент после взрыва.
Перейдем к детонацииКВВ.Рассмотрим процесс детонации. После инициирования детонации взрывчатоговещества наблюдается скачок давления, характеризующийся большой амплитудой. Затемкривая давления постепенно спадает, возникают вторичный и последующие всплескиамплитуды, обусловленные множественными отражениями от стенок геометрической71области преграды, заполненных взрывопоглощающим диспергентом.
При этом, имеетместо как частичное отражение, так и частичное поглощение преградой падающей волны.Ввиду сложности постановки задачи, расчеты проводились в пакете численногомоделирования газодинамических процессов GasDynamicsTool (GDT Software Group, г.Тула). В данном пакете реализована процедура решения системы газодинамическихуравнений с обобщенным уравнением состояния, позволяющим описать состояниепродуктов детонации конденсированного взрывчатого вещества (далее - КВВ) иокружающей среды. Определяющими параметрами КВВ являются плотность, скоростьдетонации и показатель адиабаты продуктов детонации.724.2 Теоретические предпосылки для метода частиц вячейкахОсновным методом численного интегрирования уравнений в GDT является один извариантов метода частиц [81], имеющего второй порядок точности по координатам ипервый порядок точности по времени. Метод является явным, то есть на каждом шаге повремени не требуется тратить машинное время на решение системы уравнений, однако онтребует выбора достаточно малого шага по времени.
Метод основан на лагранжевомподходе к описанию движения частиц, например, жидкости, суть которого состоит в том,что величины, характеризующие движение некоторой фиксированной частицы жидкого(газового) объема (координаты, вектор скорости, плотность, давление и т.п.),рассматриваютсякакфункцииотвремениичисел,которымиотмечается«индивидуальность» рассматриваемой частицы. В качестве таких чисел используются,например, координаты жидкой частицы в некоторый начальный момент времени.Расчетная сетка в GDT является прямоугольной и неадаптивной (неподвижной инеизмельчаемой), что обеспечивает простоту задания сетки: достаточно ввести всего 2параметра сетки: количество ячеек сетки по двух координатным осям.Рассмотрим механизм работы метода частиц в ячейках (частицы движутся в ячейках).Метод частиц в ячейках (англ. PIC – particle in cell) был развит в Лос-Аламосе в 1955г.специально для решения сложных задач гидродинамики. Основной целью после созданияметода было создание расчетной схемы, пригодной для задач с двумя и тремяпространственными переменными, в которых встречаются сильные деформациижидкости, большие относительные перемещения и столкновения поверхностей раздела,т.е.
для таких задач, для решения которых существовавшие численные методы былинедостаточными[84].Большой вклад в развитие данного метода внесли такие ученые, как Ф.Х. Харлоу,М.Эванс, Б. Д. Мейкснер, Д. Батлер, Б. Дэлай, Д. Дикман, Д.Э. Харрис, Р.Э. Мартин, Э.Бромберг и многие другие сотрудники лаборатории Лос-Аламоса, а также приезжие вЛос-Аламос ученые.Суть этого метода состоит в следующем [94,95]. Область интегрирования покрываетсяфиксированной в пространстве расчетной сеткой, шаг которой h постоянен по всемрассматриваемым координатам (путь это х и y).73Пусть ячейки занумерованы двумя индексами:kиlВ центре ячейки вычисляются компоненты скорости газа un1kl, un2klА также εnikl, mnikl ;здесь i – номер вещества;εnikl - удельная внутренняя энергия газа с номером i;mnikl – масса этого вещества.ε = 0, m = 0- в случае отсутствия вещества в данной ячейке.Пусть в каждой ячейке содержится q частиц (q = 5…..15, для определенности).Каждая частица характеризуется координатами Xjn, Yjn, массой μj , номером вещества ij,из которого состоит частица с номером j.Шаг численного интегрирования состоит в расчете величин {u1, u2, εi , mi }n+1kl и {X,Y}n+1j на верхнем временном слое tn+1 по вычисленным величинам {u1, u2, εi , mi }nkl и {X,Y}nj на нижнем слое tn .На первом этапе расчета учитываются изменения искомых функций только за счет силдавления.
Разностные соотношения аппроксимируют уравнения:(35)где Е = ρe = ρ [ε + (].74Кроме этого, в расчетах участвуют уравнения состояния для каждого газа:pi = Fi (εi , ρi ).На втором этапе аппроксимируются конвективные члены:(36)Вычислительная процедура на первом этапе заключается в следующем:Известны:,, mn, εn , Xn , Yn(остальные индексы для простоты изложенияопускаем).Сначала рассчитывается давление, исходя из предложения равенства давлений награнице двух сред p1 = p2 =…, т.е:К этим уравнениям добавляется условие(т.к., занимаемого газом с номером i ).По известной массе i газа находим его плотность:,а по известной удельной энергии– давление.75Затем по закону Дальтона находится давлениеячейкиk,l.Далеерешаетсясистемаитерационным способом.
А для случая, которое приписывается к центрунелинейныхалгебраическихуравненийвыписывается ее явное решение.Далее находят предварительные значения рассчитываемых величин. Первоеиз уравнений(3*)Закон сохранения массы на сетке приобретает вид=. Поскольку на первомэтапе имеет место (3*), то разностные уравнения запишутся:(37)В формулах (37):,Энергия в методе частиц считается на последнем этапе:(38)В формулах (38):76(39)Вновь вернемся к пакету GDT. Пакет GDT использует классические уравненияЭйлера, дополненные уравнением неразрывности, уравнением баланса полной энергии,уравнением связи полной и внутренней энергий и уравнением состояния идеального газа(40) [90]:(40)где ρ - плотность,V- вектор скорости, p - давление, E - удельная полная энергия, u -удельная внутренняя энергия, γ - показатель адиабаты, t - время, Ω - объем, ∑ - площадь,n - единичный вектор нормали.В качестве начальных условий задаются: поле вектора скорости, распределения давления,плотности, показателя адиабаты в рассматриваемом объеме.
В качестве граничныхусловий: на границах, через которые поток втекает в область, задаются распределения77давления, плотности, показателя адиабаты и компонент вектора скорости, как функциивремени. На закрытых границах скалярное произведение вектора скорости и векторанормали к границе равно нулю. На открытых границах производные от всех параметровпотока по направлению нормали к границе равны нулю.При моделировании взрыва ВВ необходимо вводить дополнительные характеристикивзрывчатого материала. Это скорость детонационной волны, плотность взрывчатоговещества и теплота взрыва.
В этом случае в уравнении состояния простейшего идеальногогаза для продуктов детонации показатель адиабаты определяется из теплоты взрыва искорости детонации (41):k 1D2,2Q(41)Затем вычисляются значения газодинамических параметров на фронте детонационнойволны, т.е. на поверхности Чепмена-Жуге (Chapmen-Jouget):D;k 1D2 0;k 1k 1 0kuC J 0pC JC J(42)В (41) и (42) uС-J - удельная внутренняя энергия на поверхности Чепмена-Жуге, D скорость детонационной волны, Q - теплота взрыва, pC-J- давление на поверхностиЧепмена-Жуге, ρС-J - плотность на поверхности Чепмена-Жуге.Данные характеристики полностью определяют параметры фронта детонационнойволны (в приближении к простой детонационной волне).На рисунке 52 представлен внешний вид созданной в пакете численногомоделирования геометрии ВШ, состоящий из 3D-областей. Дальний левый нижний уголВШ (вид со стороны выхода помещен в начало координат (от выхода из ВШ сделанавыноска поз.
1 на рисунке 52).78Рис. 51 - Внешний вид геометрии ВШ вид сбоку. Высота расположения ВВ над уровнемпола.1Рис. 52 - Внешний вид геометрии ВШ, заключенной в расчетную область. 3D - объектысозданы в пакете численного моделирования GasDynamicsTool: 1 - выход из ВШ79Расчет ВШ велся на прямоугольной (кубической) неадаптивной сетке с размеромячейки 2 см. Преимущества кубической ячейки - наименьшая погрешность расчета [81].Геометрические размеры расчетной области: 400 х 260 х 160 ячеек, где 160 ячеекрасположены по высоте ВШ. Расчет велся для массы ВВ равной 1,45 кг (сферическийзаряд радиусом 6 см).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
