デブリの形状効果についての考察

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5.4 デブリの形状効果についての考察

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(10勺)

(10'J)

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TIME(μs) 210

Case ^B-3 (CSC model jet)

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図5-10 CSCモデ、ルジェット、中空円柱及び固体球各飛朔体の防護シールド貫通時のエネルギ変化時刻歴シミュレーション

表5-3 デブリ運動エネルギとその減衰の比較

Before After front

ムEb二(Eo-Eb)

A f t e r s t u f f i ng 6Es= (Eb-Es) Avr. energy

bumper (1051) 1051) density on

Sim. Case ímpact

penetration penetratin

press. wall

Eo ⁽¹⁰⁵¹⁾ Eb ⁽¹⁰⁵¹⁾ 6E/Eo

^(完)

Es ⁽¹⁰⁵¹⁾ 6E/Eo

^(完)

(1021/mm2)

Case A 0.80 0.77 0.03

0.50 0.27

0.53 (4.8)*

4 % ³⁴ %

Case B-1 0.80 0.41 0.39

0.13 0.28

0.56 (5. 1)

49 35

Case B-2 0.80 0.17 0.63

0.07 0.10

0.38 (3.5)

79 13

Case B-3 0.58 O. ¹² ^0.46 ^0.05 ^0.07 0.95 (8.6)

79 12

Case C 0.55 0.52 0.03

0.31 0.21

0.53 (4.8)

5 ³⁸

Case D ^0.60 ^0.45 O. ¹⁵

0.08 0.37

0.11 (1)

25 62

Case E ^0.80 ^0.63 ^0.17 ₂₁ ^0.10 ^0.53 ₆₆ ^0.11 ⁽¹⁾

本Values in parentheses are normal ized by 0.11

x

102J/mm2 of Cases

0

^and

E.

グによるエネルギー減衰(62及び66%)が大きい。クラウドの衝突面を円形と仮定して、表5-2の与圧壁上の衝突直径を用いて面積を求め、これでスタッフィング通過後の残留エネルギーを割ると、表5-3に示すような与圧壁面上の平均運動エネルギーが近似的に求まる。これから、非貫通のエネルギー密度の限界は約11J/mm2で、円筒形ジ、エツトではこの約5倍、模擬ジェットでは4---9倍にもなり、 Case B-3 が特に大きいことがわかる。

-に近く、シミュレーションにおいて、中空円筒形の方が模擬ジェットよりも与圧壁の損傷が大きいという結果と一致する。また、表5- 1のTest 1、 2、 5は与圧壁の損傷において、き裂や裏側へのめくれが顕著に表れているが、図5-9のシミュレーションでは、損傷は広い範囲のBulkFailureとして表れておりめくれは十分再現できていない。

シミュレーション結果からわかるように、中空円筒は、中実球に比べてクラウドの膨張が小さく、クラウドが狭い範囲に集中して、他の形状よりも大きな運動エネルギーを持って与圧壁に到達、貫通する。このことから、 Test 1、 2、及び 5の成形爆薬試験は設計基準の中実球に比べてかなり厳しすぎる結果を与えていると考えられる。

表5-2 のシミュレーションによると、中実球の貫通限界は、速度l1km/ secでは直径で 8. 7'"'-' 9. 6mm、あるいは質量で0.98'"'-' 1. 3gの間にある。これから、 CaseB-l， B-2、

及びCのジェットの場合、エネルギー密度の比較により評価すると、貫通限界は中実球に比べ質量で3から 5倍程度低い。従って、我々の成形爆薬試験では全て貫通しているが、ジェットの形状が比較的よく整った表5-1 のTest 3やTest 5のデブリ形状では、貫通限界質量は0.3'"'-'0. 5gと推定される。

一方、表 5-3のCaseB-3のシミュレーションではエネルギー密度が95J/mm2と極端に高くなっている。これには、パンパーとスタッフイングの相対損傷比が最も小さいことが関係していると推定されるが、なぜこのようなシャーフなクラウドが生じるかについてはさらに検討の必要がある。

成形爆薬試験で、 Test 4、 6、 7 のようにジェットの形状が壊れ、大きく変形したものは、前面パンパーやスタッフィングの損傷は大きいが、ここでエネルギーを吸収されて、与圧壁に与える損傷は小さくなる。しかしながら、これらは質量がかなり小さいにも拘らず与圧壁を貫通している。ジ、エットが複数に分離していることから、間欠的な衝突が生じたと推定されるが、これは、与圧壁に生じている複数の貫通孔からも裏付けられる。

5. 5 成形爆薬試験とシミュレーションの比較

表5-4に代表的な二つの場合を比較して示す。まず、飛朔体の形状が比較的よく似ている表5- 1の成形爆薬試験Test 3と表5-2 のシミュレーションCaseB-lを比べると、前面バンパー及びスタッフィングの損傷度合は、成形爆薬試験の方が直径で約4.3 '"'-' 4 . 6 倍大きい。これは試験の場合、ジェットのスカート部直径がB点で47mm(約 1.6 倍)と大きいことによると考えられるが、爆風防止板の通過孔30rnmを通過する際に一部はここで遮断されることから、ここでスカート部の縁が本体から分離して複数の固まりとして広い面積に衝突し、このような大きな違いが生じていると推定される。一方、前面パンパーとスタッフィングの相対損傷比は、試験とシミュレーションでよく一致(1.05及び 1 . 11) しており、 Test 3のCSCジェット形状がCaseB-lでよくシミュレートされていることがわかる。与圧壁の貫通孔についてみると、試験では複数のジェットが衝突した可能性により両者の形状はかなり異なるが、成形爆薬試験の精度

- 104

-と再現性を考えると、損傷の程度として試験とシミュレーションは近いと考えられる。

次に質量に若干の違いはあるが、デブリ寸法及びL/Dがほぼ同じ表5- 1のTes

t

5を表5-2のCase Aと比較する。前面バンパーとスタッフィングについては、成形爆薬試験の方が1. 8---1. 9倍の大きな貫通孔を生じているロこの場合も試験のジ、エツトの方が直径で約2.2倍大きいこと、さらにジェットが傾いていることに原因があると考えられる。前面バンパーとスタッフィングの相対損傷比はこの場合もよく一致(1. 80及び

1. 91)しており、この場合のCSCジェットは中空円柱に近いことがわかる。一方、与圧壁の損傷はシミュレーションの方が直径で約1.1倍大きな貫通孔を生じているが、

両者の一致は良い。

以上をまとめると次の事が言える。まず、前面バンパーやスタッフィングの貫通孔については、試験の方がシミュレーションよりかなり大きい。その理由は試験の飛朔体直径が大きいことや、形状の不規則性に起因するが、試験では飛均体形状に対する損傷の感度が極めて高いと言える。尚、前面バンパーとスタッフィングの相対損傷比は、試験とシミュレーションでよく一致しており、これはCSCジェットのシミュレーション形状モデルが妥当であることを示している。他方、与圧壁の損傷度や貫通孔については、両者はオーダー的にはよく一致していると言える。

表5-4 成形爆薬試験とハイドロコード・シミュレーションの防護シールド損傷比較

a. Fron t b. S t u f f i ng

Cornparison burnper penetration b / ^a Press. wall

Case penetration hole size darnage darnage or penetration

hole size r a t i

₀

hole size

X，・ Test 3 190mmφ 200mrnφ 1. 05 7mmX3rnm， L ^shaped and 4. 5mrnφ

Y，・S ^{i rn.} 41. 7rnmφ 46. 1rnmφ

Case B-1 1. 11 16.3rnrnφ

X/Yl ^4.6 ^{4. 3}

27凹φ