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

Nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động của khí cụ bay điều khiển một kênh.Nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động của khí cụ bay điều khiển một kênh.Nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động của khí cụ bay điều khiển một kênh.Nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động của khí cụ bay điều khiển một kênh.Nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động của khí cụ bay điều khiển một kênh.Nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động của khí cụ bay điều khiển một kênh.Nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động của khí cụ bay điều khiển một kênh.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 TRẦN MẠNH TUÂN 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 QUÂN SỰ TRẦN MẠNH TUÂN 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 PGS TS Nguyễn Văn Chúc TS Lê Đức Hạnh HÀ NỘI - 2022 iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu 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 Trần Mạnh Tn 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 Nguyễn Văn Chúc TS Lê Đức Hạnh 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 Cơng nghệ Qn sự, Thủ trưởng Phịng đào tạo, Thủ trưởng Viện Tên lửa tạo điều kiện mặt cho tơi q 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 không 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 Tôi 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 Trần Mạnh Tuân 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 1.1 Tổng quan tối ưu hóa biên dạng khí động khí cụ bay .5 1.1.1 Bài toán tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay 1.1.2 Phương pháp giải toán tối ưu biên dạng khí động 11 1.1.3 Tổng quan nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay .16 1.2 Tổng quan xu hướng phát triển khí cụ bay điều khiển kênh 18 1.2.1 Tổng quan khí cụ bay điều khiển kênh 18 1.2.2 Các nghiên cứu liên quan đến khí cụ bay điều khiển kênh 21 1.3 Phương pháp nghiên cứu không gian tham số 22 1.3.1 Vùng không gian tham số thiết kế 23 1.3.2 Hàm ràng buộc hàm mục tiêu 23 1.3.3 Giới hạn hàm mục tiêu tập điểm chấp nhận .24 1.3.4 Các điểm hiệu .25 1.3.5 Không gian mục tiêu 25 1.3.6 Sơ đồ thuật toán tối ưu 26 1.4 Những vấn đề tồn hướng nghiên cứu luận án 28 1.4.1 Những vấn đề tồn 28 1.4.2 Hướng nghiên cứu luận án 29 1.5 Kết luận chương 30 Chương XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC BAY KHÍ CỤ BAY ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH 31 2.1 Các hệ tọa độ sử dụng 31 2.2 Xây dựng hệ phương trình mơ tả chuyển động bay khí cụ bay .35 2.3 Lực mơ-men tác dụng lên khí cụ bay 39 2.3.1 Trọng lực 40 2.3.2 Lực mơ-men khí động 42 2.3.3 Lực đẩy động 45 2.3.4 Lực căng dây vi cáp điều khiển 48 2.4 Phương pháp dẫn thuật tốn điều khiển khí cụ bay 53 2.5 Xây dựng quỹ đạo dẫn 55 2.6 Xây dựng chương trình mơ động lực học bay .58 2.7 Kết luận chương 61 Chương XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU BIÊN DẠNG KHÍ ĐỘNG CỦA KHÍ CỤ BAY ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH 62 3.1 Thiết lập tốn tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay điều khiển kênh sử dụng dây vi cáp 62 3.1.1 Xác định tham số thiết kế cần tối ưu 62 3.1.2 Các hàm mục tiêu ràng buộc toán tối ưu 63 3.1.3 Lựa chọn phương pháp giải 68 3.2 Phương pháp giải toán tối ưu 70 3.2.1 Thiết lập bảng kết tính tốn 71 3.2.2 Xác định tập điểm chấp nhận 77 3.2.3 Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu 82 3.3 Kết luận chương 85 Chương TỐI ƯU THAM SỐ THIẾT KẾ BỘ CÁNH TRƯỚC CHO KHÍ CỤ BAY ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH CẢI TIẾN……………………………….87 4.1 Kiểm chứng phương pháp xác định tham số khí động 87 4.1.1 Phương pháp mô số 87 4.1.2 Thực nghiệm ống thổi khí động 90 4.2 Kiểm chứng chương trình mơ động lực học bay 93 4.2.1 Kiểm chứng khí cụ bay CT14M 93 4.2.2 Kiểm chứng phương án khí cụ bay CT14M cải tiến 98 4.3 Tối ưu tham số thiết kế cánh trước cho khí cụ bay điều khiển kênh cải tiến kiểu CT14M 100 4.3.1 Xác định ràng buộc tham số thiết kế 101 4.3.2 Xác định tập phương án chấp nhận 110 4.3.3 Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu 114 4.4 Mô quỹ đạo bay phương án thiết kế tối ưu .120 4.4.1 Mục tiêu cự ly 500 m 120 4.4.2 Mục tiêu cự ly 2.500 m 121 4.5 Kết luận chương 122 KẾT LUẬN 123 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 PHỤ LỤC PL1 Phụ lục 1: Biên dạng khí động khí cụ bay CT14M 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 mô động lực học bay PL3 Phụ lục 4: Biên dạng khí động khí cụ bay CT14M cải tiến tối ưu PL4 (l ) Phụ lục 5: Bảng hệ số r PL5 j 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 PL8 Phụ lục 8: Lực đẩy động khí cụ bay CT14M theo nhiệt độ .PL9 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT a bk b0 - Gia tốc khí cụ bay [m/s2] - Dây cung mút cánh [mm] - Dây cung gốc cánh [mm] c* - Giới hạn hàm ràng buộc - Giới hạn hàm ràng buộc c** Cbw CCe CD Cd δ - 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 k Ce b CL C - 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 x - Hệ số lực khí động pháp tuyến C - Hệ số lực khí động ngang y C z Cwe D E - Ma trận cô-sin phương chuyển HTĐ vận tốc sang HTĐ mặt đất - Tập điểm chấp nhận - Tập điểm có khả D Dmin - Độ xác dẫn [m] - Tập điểm hiệu - Tập điểm Pareto E f (A) - Hàm ràng buộc fx - Tần số quay quanh trục dọc [Hz] fz - Tần số dao động riêng kênh chúc ngóc [Hz] Fa, Fa, - Lực khí động HTĐ vận tốc [N] Fxa yz  - Ngoại lực HTĐ liên kết [N] Fb F d - Lực căng dây vi cáp [N] F dk - Lực điều khiển [N] Fcbdk - Lực điều khiển cân [N] dk Fmax - Lực điều khiển cân cực đại [N] F dk , Fdk dk , xe ye F Fyedk_ tb - Lực điều khiển hệ tọa độ mặt đất [N] ze - Lực ma sát tời dây [N] Fms   FM - Lực Mechersky [N] - Lực đẩy động [N] FP FxbP, F yb,P F P zb PHT ,F xb PHT PHT zb , yb F PP - Lực đẩy ĐCHT HTĐ liên kết [N] - Lực đẩy ĐCP [N] - Lực đẩy ĐCP HTĐ liên kết [N] FxbPP , FybPP , zbPP F Fxb , Fyb , Fzb - Ngoại lực so với trục HTĐ liên kết [N] - Các thành phần lực khí động HTĐ liên kết [N] Fxba, F yba, F zba - Lực căng dây HTĐ liên kết [N] Fxbd, F ybd, F zbd - Trọng lực HTĐ liên kết [N] Fxbgra , Fybgra , F p p Fxb, F yb, F gra zb - Lực đẩy động HTĐ liên kết [N] p zb α Fy δ Fy - Đạo hàm lực pháp tuyến theo góc α [N/độ] - Đạo hàm lực pháp tuyến theo góc δ [N/độ] g - Gia tốc trọng trường [ m/s2] G - Tập điểm thỏa mãn ràng buộc J x, J y, J z K - Lực đẩy động HTĐ liên kết [N] - Lực đẩy ĐCHT [N] F PHT F - Lực điều khiển trung bình kênh tầm [N] - Mơ-men qn tính HTĐ liên kết [ kg.m ] - Hệ số chất lượng khí động Kc - Động lượng hệ Kd - Hệ số hình dạng ống dây Kdk - Hệ số tính điều khiển Kod - Độ dự trữ ổn định tĩnh 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 3 3 3 3 1 3 1 7 3 5 7 3 13 11 15 15 11 13 11 13 13 11 31 11 23 27 19 21 17 13 15 31 27 15 29 21 23 19 11 25 13 29 21 13 31 25 49 33 19 29 11 19 27 15 25 21 51 19 29 39 37 43 17 29 119 75 73 105 59 65 21 113 61 89 45 107 25 49 111 119 33 67 101 19 39 91 47 169 109 149 15 213 135 253 191 155 175 63 47 23 39 55 71 87 103 119 135 153 169 185 201 217 369 393 167 333 473 469 101 21 451 229 247 297 403 497 61 361 215 393 125 285 501 277 199 301 19 83 351 337 829 989 375 365 131 215 733 451 447 177 57 471 979 197 251 517 137 567 1021 167 877 929 269 327 997 91 663 629 525 469 981 1667 1587 1251 451 481 721 483 1209 1457 415 1435 725 861 41 1619 1579 1701 869 1151 1897 1679 1355 1149 243 3609 1131 1701 143 1339 3497 2499 1571 983 4021 1625 3217 1163 2977 3391 675 3093 1495 3443 557 675 1489 2303 3925 3705 1715 5595 5689 441 3169 4485 6311 3557 483 3781 3195 5213 5085 185 7323 1713 4021 5875 5363 4977 5441 1779 6777 287 6919 1517 1875 187 8133 11819 14471 7615 2981 4081 7223 11843 10799 9277 2031 15371 6603 7563 11617 4129 12061 3471 15919 1097 10369 14343 8475 16139 305 7621 12285 4929 15889 12625 8405 12593 28637 13425 28285 15893 15405 4677 19493 1129 25321 14979 4099 25469 17589 6731 13483 15325 18465 6929 16677 21765 4381 53631 10817 48083 8881 41135 60913 60935 58577 12029 959 19637 26607 56445 36087 52563 5455 12345 47423 50131 43771 58779 33331 63615 46013 34579 45827 9079 110851 8261 67537 34707 106823 15703 94129 69521 86021 19793 87283 20931 26369 66817 37745 68289 102733 29505 33137 23313 36561 118321 43349 52785 120981 91157 94533 4357 189901 63993 85105 107847 26967 109273 217151 217093 213491 186143 54345 27399 98051 81777 209987 21287 124097 98739 151281 116819 59665 30799 75249 239693 113679 37261 153 255947 336469 479495 339031 507907 475921 424277 348165 377941 343297 259163 521499 451841 235347 346179 128115 444613 361365 270519 420599 498897 322567 14035 73299 204881 431301 0.00052 734787 749285 911133 977907 344073 281389 789985 176165 414943 1041185 741087 132383 175361 539895 521289 20689 430923 426737 11187 998391 494137 939017 507165 863545 761911 176455 PL1 76 Phụ lục 6: Chương trình tính tốn hệ số khí động khí cụ bay CT14M $FLTCON NALPHA=5.,NMACH=1.,MACH=0.35,REN=7600000., ALPHA=-10.,-5.,0.01,2.,10.,$ $REFQ XCG=0.498, SREF = 0.01225, LREF = 0.125, LATREF = 0.125,$ $AXIBOD X0 = 0., NX =6., X(1)=0.000,0.0115,0.175,0.690,0.764,0.778, R(1)=0.0001,0.0085,0.0625,0.0625,0.057,0.057, BNOSE = 0.012, DEXIT = 0.013, TRUNC = FALSE.,$ $FINSET1 SECTYP = HEX, NPANEL=4., PHIF=45.,135.,225.,315., XLE=0.530, SWEEP=45.,16., STA=0., CHORD=0.150,0.150,0.150, SSPAN=0.0625,0.110,0.1965, ZUPPER=0.0063,0.0063,0.0063, LMAXU=0.0313,0.0313,0.0313, LFLATU=0.9375,0.9375,0.9375,$ $DEFLCT DELTA1 = -3.25,-3.25,-3.25,-3.25,$ $PROTUB NPROT = 5., PTYPE = HCYL,BLOCK,HCYL,BLOCK,BLOCK,VCYL, XPROT = 0.5725,0.326,0.350,0.540,0.670,.335, NLOC = 1.,1.,4.,2.,2.,2., LPROT = 0.168,0.056,0.032,0.008,0.012,.015, WPROT = 0.022,0.018,0.019,0.012,0.008,.015, HPROT = 0.025,0.009,0.019,0.012,0.012,.0105, OPROT = 0.,0.,0.,0.,0.,0.,$ DIM M DERIV DEG SAVE DAMP NEXT CASE Phụ lục 7: Chương trình tính tốn hệ số khí động khí cụ bay CT14M cải tiến $FLTCON NALPHA=7.,NMACH=1.,MACH=0.3,REN=7600000., ALPHA=-10.,-5.,-2.,0.01,2.,5.,10.,$ $REFQ XCG=0.645, SREF = 0.01225,LREF = 0.125, LATREF = 0.125,$ $AXIBOD X0 = 0., NX = 8., X(1)=0.0001,.004,0.014,.230,.310,.880,0.954,.968, R(1)=0.019,.027,0.032,.032,.0625,.0625,.057,0.057, BNOSE = 0.019, DEXIT = 0.013, TRUNC = TRUE.,$ $FINSET1 SECTYP = HEX, XLE=0.239,NPANEL=4., PHIF=0.,90.,180.,270., SWEEP=11., STA=0., CHORD=0.0418,0.0245, SSPAN=0.0443,0.0775, ZUPPER=0.0239,0.0408, LMAXU=0.1195,0.2041, LFLATU=0.761,0.5918,$ $FINSET2 SECTYP = HEX, NPANEL=4., PHIF=45.,135.,225.,315., XLE=0.720, SWEEP=45.,14., STA=0., CHORD=0.15,0.15,0.15, SSPAN=0.0625,0.110,0.1965, ZUPPER=0.0063,0.0063,0.0063, LMAXU=0.0313,0.0313,0.0313, LFLATU=0.9375,0.9375,0.9375,$ $DEFLCT DELTA2 = -3.25,-3.25,-3.25,-3.25,$ $PROTUB NPROT = 5., PTYPE = HCYL,BLOCK,HCYL,BLOCK,BLOCK,VCYL,VCYL, XPROT = 0.7455,0.499,0.523,0.713,0.843,.508,.2215, NLOC = 1.,1.,4.,2.,2.,2.,2., LPROT = 0.168,0.056,0.032,0.008,0.012,.015,0.002, WPROT = 0.022,0.018,0.019,0.012,0.008,.015,0.002, HPROT = 0.025,0.009,0.019,0.012,0.012,.0105,0.0087, OPROT = 0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,$ DIM M DERIV DEG DAMP NEXT CASE Phụ lục 8: Lực đẩy động khí cụ bay CT14M theo nhiệt độ STT Tên gọi Nhiệt độ Giá trị Đơn vị C -40 +15 +50 Lực đẩy động phóng kg 168 202 227 Thời gian cháy động phóng giây 0,81 0,68 0,61 Lực đẩy động hành trình kg 7,1 8,1 9,0 Thời gian cháy động hành trình giây 30,3 27,1 25,1 ... VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tối ưu hóa biên dạng khí động khí cụ bay .5 1.1.1 Bài tốn tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay 1.1.2 Phương pháp giải tốn tối ưu biên dạng khí động ... tối ưu biên dạng khí động KCB, phương pháp giải tổng quan tình hình nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động KCB 1.1.1 Bài tốn tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay Bài tốn tối ưu đa mục tiêu biên dạng. .. quan nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động khí cụ bay .16 1.2 Tổng quan xu hướng phát triển khí cụ bay điều khiển kênh 18 1.2.1 Tổng quan khí cụ bay điều khiển kênh 18 1.2.2 Các nghiên cứu