Nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động của khí cụ bay điều khiển một kênh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU BIÊN DẠNG KHÍ ĐỘNG CỦA KHÍ CỤ BAY ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHỊNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU BIÊN DẠNG KHÍ ĐỘNG CỦA KHÍ CỤ BAY ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH Ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HÀ NỘI - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Các liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Hà nội, ngày 26 tháng năm 2022 Người cam đoan NCS ii LỜI CẢM ƠN Cơng trình nghiên cứu thực Viện Tên lửa, Viện Khoa học Công nghệ quân - Bộ Quốc Phịng Lời cảm ơn chân thành tơi xin gửi đến hai thầy hướng dẫn PGS TS trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo, tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận án Xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Viện Khoa học Công nghệ Quân sự, Thủ trưởng Phòng đào tạo, Thủ trưởng Viện Tên lửa tạo điều kiện mặt cho trình học tập nghiên cứu thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn nhà khoa học, cán nghiên cứu Viện Tên lửa, Khoa Hàng khơng vũ trụ Khoa Vũ khí - Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện Cơ khí động lực - Đại học Bách khoa Hà Nội có ý kiến góp ý q giá q trình nghiên cứu hồn thiện luận án Tơi xin bày tỏ biết sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, cổ vũ, động viên tạo điều kiện tốt cho thực luận án NCS iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xiii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1 Tổng quan tối ưu hóa biên dạng khí động khí cụ bay 1 Bài tốn tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay 1 Phương pháp giải tốn tối ưu biên dạng khí động 11 1 Tổng quan nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay 16 Tổng quan xu hướng phát triển khí cụ bay điều khiển kênh 18 Tổng quan khí cụ bay điều khiển kênh 18 2 Các nghiên cứu liên quan đến khí cụ bay điều khiển kênh 21 Phương pháp nghiên cứu không gian tham số 22 Vùng không gian tham số thiết kế 23 Hàm ràng buộc hàm mục tiêu 23 3 Giới hạn hàm mục tiêu tập điểm chấp nhận 24 Các điểm hiệu 25 Không gian mục tiêu 25 Sơ đồ thuật toán tối ưu 26 Những vấn đề tồn hướng nghiên cứu luận án 28 Những vấn đề tồn 28 Hướng nghiên cứu luận án 29 Kết luận chương 30 iv Chương XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC BAY KHÍ CỤ BAY ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH 31 Các hệ tọa độ sử dụng 31 2 Xây dựng hệ phương trình mơ tả chuyển động bay khí cụ bay 35 Lực mơ-men tác dụng lên khí cụ bay 39 Trọng lực 40 Lực mơ-men khí động 42 3 Lực đẩy động 45 Lực căng dây vi cáp điều khiển 48 Phương pháp dẫn thuật tốn điều khiển khí cụ bay 53 Xây dựng quỹ đạo dẫn 55 Xây dựng chương trình mơ động lực học bay 58 Kết luận chương 61 Chương XÂY DỰNG BÀI TỐN TỐI ƯU BIÊN DẠNG KHÍ ĐỘNG CỦA KHÍ CỤ BAY ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH 62 Thiết lập tốn tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay điều khiển kênh sử dụng dây vi cáp 62 1 Xác định tham số thiết kế cần tối ưu 62 Các hàm mục tiêu ràng buộc toán tối ưu 63 3 Lựa chọn phương pháp giải 68 Phương pháp giải toán tối ưu 70 Thiết lập bảng kết tính toán 71 2 Xác định tập điểm chấp nhận 77 3 Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu 82 3 Kết luận chương 85 Chương TỐI ƯU THAM SỐ THIẾT KẾ BỘ CÁNH TRƯỚC CHO v KHÍ CỤ BAY ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH CẢI TIẾN 87 Kiểm chứng phương pháp xác định tham số khí động 87 1 Phương pháp mô số 87 Thực nghiệm ống thổi khí động 90 Kiểm chứng chương trình mơ động lực học bay 93 Kiểm chứng khí cụ bay CT14M 93 2 Kiểm chứng phương án khí cụ bay CT14M cải tiến 98 Tối ưu tham số thiết kế cánh trước cho khí cụ bay điều khiển kênh cải tiến kiểu CT14M 100 Xác định ràng buộc tham số thiết kế 101 Xác định tập phương án chấp nhận 110 3 Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu 114 4 Mô quỹ đạo bay phương án thiết kế tối ưu 120 4 Mục tiêu cự ly 500 m 120 4 Mục tiêu cự ly 500 m 121 Kết luận chương 122 KẾT LUẬN 123 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Biên dạng khí động khí cụ bay CT14M PL1 PL1 Phụ lục 2: Biên dạng khí động khí cụ bay CT14M cải tiến kiểm chứng phương pháp xác định hệ số khí động PL2 Phụ lục 3: Biên dạng khí động khí cụ bay CT14M cải tiến kiểm chứng chương trình mơ động lực học bay PL3 vi Phụ lục 4: Biên dạng khí động khí cụ bay CT14M cải tiến tối ưu Phụ lục 5: Bảng hệ số l PL4 PL5 ( )jr Phụ lục 6: Chương trình tính tốn hệ số khí động khí cụ bay CT14M PL7 Phụ lục 7: Chương trình tính tốn hệ số khí động khí cụ bay CT14M cải tiến Phụ lục 8: Lực đẩy động khí cụ bay CT14M theo nhiệt độ PL8 PL9 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT a bk b0 c* c** Cbw CCe CD Cdkδ Gia tốc khí cụ bay [m/s2] Dây cung mút cánh [mm] Dây cung gốc cánh [mm] Giới hạn hàm ràng buộc Giới hạn hàm ràng buộc Ma trận cô-sin phương chuyển HTĐ liên kết sang HTĐ vận tốc - Ma trận cô-sin phương chuyển HTĐ cầu mặt đất sang HTĐ mặt đất - Hệ số lực cản - Đạo hàm hệ số lực điều khiển theo góc lật cánh lái - Cx - Ma trận cô-sin phương chuyển HTĐ liên kết sang HTĐ mặt đất - Hệ số lực nâng - Hệ số lực cản khí động dọc trục Cy - Hệ số lực khí động pháp tuyến Cz - Hệ số lực khí động ngang Cwe - Ma trận cơ-sin phương chuyển HTĐ vận tốc sang HTĐ mặt đất - Tập điểm chấp nhận - Tập điểm có khả - Độ xác dẫn [m] - Tập điểm hiệu - Tập điểm Pareto - Hàm ràng buộc - Tần số quay quanh trục dọc [Hz] - Tần số dao động riêng kênh chúc ngóc [Hz] - Lực khí động HTĐ vận tốc [N] Ceb CL D D Dmin E E f (A) fx fz a a Fx ,y Fza , F  Fb Fd - Ngoại lực HTĐ liên kết [N] - Lực căng dây vi cáp [N] viii F dk Fcbdk dk Fmax dk dk ,F Fxe ,yeF zedk Fyedk_ tb Fms  FM FP P P ,F Fxb ,ybF zbP F PHT PHT PHT Fxb yb, F zbPHT, F F PP PP PP xb yb zbPP F ,F,F Fxb , Fyb , Fzb a a ,F Fxb , ybF zba - Lực điều khiển [N] - Lực điều khiển cân [N] - Lực điều khiển cân cực đại [N] - Lực điều khiển hệ tọa độ mặt đất [N] - Lực điều khiển trung bình kênh tầm [N] - Lực ma sát tời dây [N] - Lực Mechersky [N] - Lực đẩy động [N] - Lực đẩy động HTĐ liên kết [N] - Lực đẩy ĐCHT [N] - Lực đẩy ĐCHT HTĐ liên kết [N] - Lực đẩy ĐCP [N] - Lực đẩy ĐCP HTĐ liên kết [N] - Ngoại lực so với trục HTĐ liên kết [N] - Các thành phần lực khí động HTĐ liên kết [N] Fxbd , Fybd , Fzbd - Lực căng dây HTĐ liên kết [N] Fxbgra , Fybgra , Fzbgra - Trọng lực HTĐ liên kết [N] p p ,F Fxb , ybF zbp - Lực đẩy động HTĐ liên kết [N] Fyα - Đạo hàm lực pháp tuyến theo góc α [N/độ] Fyδ - Đạo hàm lực pháp tuyến theo góc δ [N/độ] g - Gia tốc trọng trường [ m/s2] G - Tập điểm thỏa mãn ràng buộc Jx , Jy , Jz K Kc Kd Kdk K od - Mơ-men qn tính HTĐ liên kết [ kg m2] - Hệ số chất lượng khí động Động lượng hệ Hệ số hình dạng ống dây Hệ số tính điều khiển Độ dự trữ ổn định tĩnh ... tối ưu hóa biên dạng khí động khí cụ bay 1 Bài tốn tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay 1 Phương pháp giải toán tối ưu biên dạng khí động 11 1 Tổng quan nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động khí. .. TỐI ƯU BIÊN DẠNG KHÍ ĐỘNG CỦA KHÍ CỤ BAY ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH 62 Thiết lập toán tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay điều khiển kênh sử dụng dây vi cáp 62 1 Xác định tham số thiết kế cần tối ưu. .. ưu biên dạng khí động KCB, phương pháp giải tổng quan tình hình nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động KCB 1 Bài toán tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay Bài tốn tối ưu đa mục tiêu biên dạng khí