Bài viết trình bày phương pháp xây dựng mô hình toán xác định lực căng dây cáp điều khiển của tên lửa chống tăng có điều khiển tầm gần nhằm mục đích hoàn thiện mô hình động lực học bay của tên lửa. Kết quả tính toán lực căng dây cáp từ mô hình toán được so sánh với kết quả thử nghiệm.
Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG DÂY CÁP TÊN LỬA CÓ ĐIỀU KHIỂN TẦM GẦN Trần Mạnh Tuân1*, Nguyễn Văn Chúc1, Lê Đức Hạnh2, Phan Thế Sơn1 Tóm tắt: Lực căng dây cáp điều khiển chiếm thành phần cản trở chuyển động đáng kể tên lửa có điều khiển sử dụng dây cáp để truyền tín hiệu Bài báo trình bày phương pháp xây dựng mơ hình tốn xác định lực căng dây cáp điều khiển tên lửa chống tăng có điều khiển tầm gần nhằm mục đích hồn thiện mơ hình động lực học bay tên lửa Kết tính tốn lực căng dây cáp từ mơ hình tốn so sánh với kết thử nghiệm Kết nghiên cứu báo ứng dụng thiết kế hệ thống lớp tên lửa có điều khiển sử dụng dây cáp Từ khóa: Lực căng dây cáp; Tên lửa có điều khiển; Mơ động lực học bay ĐẶT VẤN ĐỀ Tính đến nay, lớp tên lửa chống tăng (TLCT) trải qua hệ phát triển Trong đó, loại tên lửa chống tăng hệ thứ (Malyutka) hệ thứ hai (Konkurs, Fagot, ) sử dụng dây cáp để truyền tín hiệu điều khiển từ đài điều khiển mặt đất lên đạn Ưu điểm phương pháp điều khiển sử dụng dây cáp khả chống nhiễu tốt, phù hợp sử dụng cho loại tên lửa có cự ly cơng gần Khi phóng tên lửa, đầu dây cáp cố định bệ phóng, đầu có lại gắn với cuộn dây nằm đạn Trong trình chuyển động bay tên lửa, dây cáp liên tục tời khỏi đạn theo vòng lớp Điều làm cho khối lượng tên lửa giảm dần theo thời gian Chuyển động đạn coi chuyển động vật có khối lượng biến đổi Phương trình mơ tả chuyển động vật có khối lượng biến đổi sau [8]: m dv F dt (1) Trong đó, F ngoại lực tác dụng vào vật thể; phản lực hình thành việc biến đổi khối lượng vật thể chuyển động, gọi lực Mechersky Các cơng trình nghiên cứu mơ hình tốn mơ tả động lực học bay tên lửa có điều khiển giới chủ yếu dành cho loại tên lửa sử dụng đầu tự dẫn truyền tín hiệu sóng vơ tuyến [9-11] Số lượng tài liệu có đề cập đến lực căng dây cáp loại tên lửa điều khiển sử dụng dây hạn chế Trong [7] tác giả có trình bày cơng thức tổng qt dành cho loại tên lừa Tuy nhiên, để áp dụng cho đối tượng cụ thể cần có thử nghiệm tính tốn bổ sung Trong [1] [4] tác giả có nêu cơng thức thực nghiệm gần giá trị lực căng dây cáp cho TLCT 9M14M theo thời gian Tuy nhiên, công thức áp dụng cho tất loại tên lửa có nguyên lý tương tự Trong [3] tác giả có trình bày nghiên cứu động lực học vật bay kéo chuỗi nổ mềm Khi đó, khối lượng phần tử chuỗi mặt đất liên tục tham gia vào chuyển động phần chuỗi kéo lên Kết làm xuất lực kéo chuỗi vị trí tiếp giáp với mặt đất, làm chống lại chuyển động chuỗi Phương pháp tác giả phù hợp cho vật bay kéo chuỗi từ mặt đất, chưa phù hợp để áp dụng cho đối tượng nghiên cứu báo Lực căng dây cáp điều khiển liên tục tác động làm cản trở đáng kể chuyển động đạn Việc xác định xác giá trị cần thiết để phục vụ tốn cải tiến, thiết kế tên lửa Để tính tốn xác định giá trị lực căng cần phải xây dựng giải tốn mơ chuyển động tên lửa, đó, lực căng đóng vai trị ngoại lực khác Bài báo trình bày phương pháp xác định lực căng dây cáp truyền tín hiệu lớp tên lửa Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 103 Cơ học - Kỹ thuật Cơ khí động lực kênh điều khiển tầm gần kiểu 9M14M xây dựng mơ hình lý thuyết mơ kết hợp hiệu chỉnh số liệu thực nghiệm Mơ hình tốn lực căng dây cáp xây dựng với mô hình tốn mơ động lực học bay tên lửa Giải tốn mơ động lực học bay nhận kết tính tốn lý thuyết lực căng dây cáp theo thời gian Kết so sánh với số liệu đo đạc thực tế bắn bay tên lửa, làm sở hiệu chỉnh mơ hình tốn XÂY DỰNG MƠ HÌNH LỰC CĂNG DÂY CÁP Tên lửa coi vật rắn bậc tự do, chuyển động không gian tác dụng loại lực mô men: trọng lực, lực mô men khí động, lực đẩy động cơ, lực điều khiển, lực căng dây cáp Việc mô tả hệ phương trình vi phân mơ tả chuyển động bay tên lửa trình bày cụ thể tài liệu [1] Ở trình bày phương pháp xây dựng mơ hình toán xác định lực căng dây cáp sở phương trình Mechersky kết khảo sát tham số cuộn dây Các giả thiết xây dựng mô hình lực căng dây cáp sau: - Coi dây có mật độ đồng tồn chiều dài; - Bỏ qua độ võng dây, coi dây căng hồn tồn; - Bỏ qua góc nghiêng nhỏ dây so với mặt đất; - Bỏ qua yếu tố ảnh hưởng thời tiết; Biểu thức tổng quát tính tốn lực căng dây cáp điều khiển có dạng [7]: T K ( Fms ) (2) Trong đó: Fms - Lực ma sát sinh tời dây ảnh hưởng lớp keo cố định dây, xác định thực nghiệm; lực Mechersky K hệ số tính đến hình dạng ống dây, xác định theo bảng phụ thuộc vào độ giãn dài cuộn dây Đối với trường hợp phần tử khối lượng dây dm tách khỏi tên lửa, lực Mechersky tính theo cơng thức: c dm dt (3) Trong đó: c u v vận tốc tương đối phần tử khối lượng dây dm so với tên lửa; u vận tốc tuyệt đối phần tử khối lượng dây dm thời điểm tách ra; v vận tốc tên lửa Sơ đồ mô tả việc tách phần tử dây dm khỏi đạn hình Hình Sơ đồ mơ tả việc tách phần tử khối lượng dây dm khỏi tên lửa Sau tách khỏi tên lửa, giả sử phần tử khối lượng dây dm không chuyển động tên lửa tiếp tục chuyển động với vận tốc V Khi đó, ta có u c V Điều có nghĩa là, lực Mechersky có chiều ngược với chiều chuyển động tên lửa, sinh lực kéo làm ngăn cản chuyển động tên lửa: 104 T M Tuân, …, P T Sơn, “Nghiên cứu xác định lực căng dây cáp … có điều khiển tầm gần.” Nghiên cứu khoa học công nghệ V dm dt (4) Phần tử khối lượng dây tời tính theo phần tử chiều dài dây theo cơng thức: dm dS (5) Trong đó, khối lượng riêng dây cáp đơn vị chiều dài Chuyển động tên lửa phân thành giai đoạn: giai đoạn phóng giai đoạn bay hành trình Ở giai đoạn phóng, tác dụng chủ yếu lực đẩy động phóng, tên lửa có vận tốc tăng dần Do đó, gia tốc chuyển động tên lửa lớn Vận tốc tên lửa trì thay đổi đoạn quỹ đạo hành trình, tương ứng với gia tốc chuyển động xấp xỉ Chiều dài dây tời khoảng cách S từ đạn tới bệ phóng Ở giai đoạn phóng, giả thiết tên lửa chuyển động nhanh dần với gia tốc a, ta có khoảng cách S tính theo cơng thức: S at 2 (6) Từ suy phần tử khối lượng dm tính theo cơng thức: dm .dS .a.t.dt (7) Từ đó, ta có biểu thức lực Mechersky giai đoạn phóng: V dm .a.t.dt V .V a.t dt dt (8) Ở giai đoạn bay hành trình, giả thiết gia tốc chuyển động tên lửa 0, tên lửa chuyển động nên ta có: dm .dS .V dt (9) Biểu thức lực Mechersky tên lửa bay giai đoạn hành trình: V λd K 0,5 1,2…1,5 dm .V dt V V V dt dt (10) Bảng Hệ số hình dạng theo độ giãn dài ống dây 2…2,5 4…5 Giá trị độ giãn dài ống dây lớp thứ i tỉ số chiều dài so với đường kính ống dây: i li d i (11) Kết khảo sát nhận thấy, cuộn dây gồm N lớp dây quấn liên tục chồng khít lên Tại lớp quấn vòng dây quấn liên tiếp Dây dược tời theo thứ tự từ lớp đến lớp Đồng thời, lớp dây, vịng dây ta có giá trị tương ứng chiều dài ống dây li Giá trị li vòng dây thứ i biến thiên khoảng từ limin tới limax Đường kính ống dây di giảm dần sau lớp dây tời ra, biến thiên liên tục từ d1 tới dN (hình 2) Thứ tự chuyển tiếp việc tời dây sau: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 105 Cơ học - Kỹ thuật Cơ khí động lực - Ở lớp đầu tiên, dây tời theo chiều từ l1max tới l1min - Giả sử lớp dây thứ i dây tời theo chiều từ limin tới limax lớp dây thứ i+1 dây tời theo chiều từ li+1max tới li+1min ngược lại Hình Mơ hình hình học cuộn dây điều khiển Coi vòng dây lớp dây quấn sát Khi đó, số vịng dây lớp dây tính gần theo cơng thức sau: ni li max li (12) day đó, day đường kính sợi dây Giá trị cận cận chiều dài lớp dây thứ i tính: l l li l1min 1min N * (i 1) N 1 lN max l1max l l * (i 1) imax 1max N 1 (13) Đường kính lớp dây thứ i tính theo công thức: di d1 d1 d N *(i 1) N 1 (14) Chiều dài dây quấn lớp dây thứ i là: Li ni * * di li max li day * * di (15) Giả sử dây tời vòng dây thứ j lớp dây thứ i, tổng chiều dài dây tời S tính theo cơng thức: i 1 i ni 1 j S Lm j * * di * di 1 * di m 1 m 1 k 1 (16) k 1 Đồng thời, S khoảng cách từ đạn tới bệ phóng thời điểm khảo sát Hệ số giãn dài ống dây lại vịng dây thứ j lớp thứ i là: 106 T M Tuân, …, P T Sơn, “Nghiên cứu xác định lực căng dây cáp … có điều khiển tầm gần.” Nghiên cứu khoa học công nghệ li j * day i 2k , k 0,1, di (17) li max j * day i 2k 1, k 0,1, di Đồ thị phụ thuộc độ giãn dài ống dây theo chiều dài dây tời có dạng hình 3.5 Lamda 2.5 1.5 500 1000 1500 S,m 2000 2500 3000 Hình Đồ thị phụ thuộc hệ số giãn dài theo chiều dài dây Như vậy, lực căng dây cáp hàm phụ thuộc vào chiều dài dây tời ra, khối lượng riêng dây theo chiều dài, vận tốc chuyển động đạn lực ma sát vòng dây THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG DÂY CÁP Tiến hành bắn thử nghiệm loại tên lửa kiểu 9M14M cự ly 1.800 m Trong trình thử nghiệm tiến hành đo ghi lực căng dây cáp điều khiển sử dụng cảm biến lực bệ phóng Sơ đồ gá đặt cảm biến đo lực căng dây cáp hình Một đầu cảm biến gắn cố định vào bệ phóng Đầu tự lại dùng để cố định dây cáp điều khiển Hình Sơ đồ gá cảm biến đo lực căng dây cáp Tiến hành giải tốn mơ chuyển động tên lửa bắn mục tiêu cự ly 1.800 m theo điều kiện thử nghiệm để xác định giá trị lực căng dây cáp Hình đồ thị so sánh lực căng dây cáp đo từ thực nghiệm kết tính tốn lý thuyết từ việc giải tốn mô động lực học bay Nhận thấy quy luật thay đổi lực căng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 107 Cơ học - Kỹ thuật Cơ khí động lực dây cáp nhận từ phương pháp theo thời gian tương đồng Sai lệch lớn giá trị lực căng nhận theo tính tốn thử nghiệm khoảng N Lực căng dây cáp có xu hướng tăng dần cuối quỹ đạo chuyển động tên lửa Tuy nhiên, lực căng khơng tăng mà có xuất quy luật biến thiên có dạng cưa Điều lý giải trình tời dây, giá trị hệ số giãn dài ống dây thay đổi theo hình cưa (hình 3) Biên độ dao động lực căng dây cáp lớp khoảng N tăng dần cuối hành trình 18 TN 16 14 TT y,N 12 10 0 10 12 14 16 18 t,s Hình Đồ thị lực căng dây cáp cự ly 1.800 m Từ đồ thị lực căng dây cáp nhận thấy lực căng dây cáp đo từ thử nghiệm phù hợp với kết tính tốn mơ Như vậy, mơ hình tốn chuyển động tên lửa mơ hình lực căng dây cáp xây dựng hợp lý Có thể sử dụng mơ hình tốn để khảo sát, đánh giá phương án thiết kế hệ thống tốn tính tốn cải tiến tên lửa KẾT LUẬN Bài báo trình bày kết tính tốn xác định lực căng dây cáp điều khiển tên lửa tầm gần kênh sử dụng dây điều khiển sở giải tốn mơ động lực học bay Kết tính tốn so sánh với kết đo thử nghiệm lực căng dây cáp trường bắn cho thấy phù hợp mơ hình tốn xây dựng Kết nghiên cứu cho thấy, lực căng dây cáp điều khiển hàm phụ thuộc chủ yếu vào gia tốc chuyển động tên lửa giai đoạn phóng bình phương giá trị vận tốc bay đạn tên lửa giai đoạn hành trình Việc tăng gia tốc phóng vận tốc hành trình ảnh hưởng đến khả làm việc dây cáp vượt giới hạn chịu kéo Kết nghiên cứu báo áp dụng để tính tốn thiết kế, cải tiến loại tên lửa có điều khiển sử dụng dây cáp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Chúc, Nguyễn Phú Thắng, Phạm Khắc Lâm, “Mô bán tự nhiên thời gian thực tên lửa điều khiển tầm gần kiểu B-72”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, số Đặc san Tên lửa, 09/2016 [2] “Tổ hợp tên lửa chống tăng 9K11” Cục kỹ thuật/Bộ tư lệnh Pháo binh Hà Nội 2006 [3] Phan Văn Chương, "Nghiên cứu ảnh hưởng số tham số kết cấu đến đặc trưng động lực học hệ thống tên lửa kéo chuỗi nổ mềm liên tục", Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, 2011 [4] “Tổ hợp tên lửa chống tăng 9K11”, Cục kỹ thuật/Bộ tư lệnh Pháo binh, Hà Nội, 2006 [5] “Переносной противотанковый комплекс 9К11” Техническое описание и инструкция по эксплуатации Министерство обороны СССР 108 T M Tuân, …, P T Sơn, “Nghiên cứu xác định lực căng dây cáp … có điều khiển tầm gần.” Nghiên cứu khoa học công nghệ [6] Ростислав Д.А “Oтечественные противотанковые комплексы” ООО «Издательство Астрель» – 1999 C- 39-50 [7] Ветров В.В., Грязев М.В., “Основы устройства и функционирования противотанковых управляемых рaкет”, изд ТулГУ, Тула 2006 [8] Мещерский И.В., “Работы по механике тел переменной массы”, изд Технико-тоеретической литературы, Москва, 1952г [9] Коростелев О.П., “Теоретические основы проектирования ствольных управляемых ракет” Изд Defense Express Library Киев 2007г [10] Лебедев А.А Чернобровкин Л.С “Динамика полета беспилотных летательных аппаратов” Москва Издательство Машиностроение 1973 [11] Кашин В.М., Лифиц А.Л., Ефремов М.И “Основы проектирования переносных зенитных ракетных комплексов” Москва, Изд-во МГТУ им Н Э Баумана – 2014 ABSTRACT RESEARCH ON DETERMINATING THE TENSION IN THE CONTROL CABLE OF GUIDED MISSILE The tension in the control cable accounts for the significant motion impediment for guided missiles that use cables for signal transmission In this paper, a method to build a mathematical model to determine the tension of the control cable of a short-range antitanks guided missile for the purpose of completing the flight dynamics model of the missile is presented The cable tension calculation results from the mathematical model are compared with the test results The research results of the article can be applied when designing a guided missile system using cables Keywords: Control cable tension; Guided missile; Flight dynamics simulation Nhận ngày 22 tháng năm 2021 Hoàn thiện ngày 19 tháng 10 năm 2021 Chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2021 Địa chỉ: 1Viện Tên lửa - Viện Khoa học Cơng nghệ qn sự; Phịng Quản lý KHCN/Viện Khoa học Công nghệ quân * Email: tuanmanh1308@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 109 ... có chiều ngược với chiều chuyển động tên lửa, sinh lực kéo làm ngăn cản chuyển động tên lửa: 104 T M Tuân, …, P T Sơn, ? ?Nghiên cứu xác định lực căng dây cáp … có điều khiển tầm gần. ” Nghiên cứu. .. khảo sát Hệ số giãn dài ống dây lại vòng dây thứ j lớp thứ i là: 106 T M Tuân, …, P T Sơn, ? ?Nghiên cứu xác định lực căng dây cáp … có điều khiển tầm gần. ” Nghiên cứu khoa học công nghệ li j... ghi lực căng dây cáp điều khiển sử dụng cảm biến lực bệ phóng Sơ đồ gá đặt cảm biến đo lực căng dây cáp hình Một đầu cảm biến gắn cố định vào bệ phóng Đầu tự lại dùng để cố định dây cáp điều khiển