Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của đại liên khi bắn
Bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng Học viện kỹ thuật quân sự Trơng T Hiếu khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của đại liên khi bắn Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật Mã số : 62.52.02.01 Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà Nội 2009 Công trình đợc hoàn thành tại: Học viện kỹ thuật quân sự Ngời hớng dẫn khoa học: PGS. TS Phạm Huy Chơng Phản biện 1: GS. TSKH Đỗ Sanh Đại học Bách khoa Hà nội Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh Viện Cơ học Việt nam Phản biện 3: PGS. TS Nguyễn Ngọc Chơng Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nớc họp tại: Vào hồi . . . giờ . . . ngày . . . tháng . . . năm 2009 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Th viện Quốc gia - Th viện Học viện Kỹ thuật Quân sự danh mục công trình của tác giả 1. Trơng T Hiếu (2003), Các giải pháp nâng cao tính ổn định của súng đại liên khi bắn, Tạp chí Kỹ thuật và Trang bị, số 33 tháng 6 năm 2003 tr 35-36 và 64. 2. Đặng Đức Thắng, Trơng T Hiếu (2003), Về bài toán chọn các thông số tối u cho giảm giật súng tự động , Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, số 104 (III-2003) tr. 103-110. 3. Trơng T Hiếu (2007), ứng dụng phần mềm SAP2000 khảo sát sự ổn định của đại liên khi bắn, Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học các nhà nghiên cứu trẻ, Nhà xuất bản Quân đội nhân dân, tr. 195-208. 4. Trơng T Hiếu (2007), Khảo sát ổn định của đại liên khi bắn theo cơ học hệ vật rắn, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, số 121 (IV-2007) tr. 43-51. 5. Trơng T Hiếu, Uông Sỹ Quyền (2008), Sử dụng phơng pháp thực nghiệm để xác định các thông số động lực học của vũ khí tự động khi bắn, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, số 123 (II-2008) tr 118-123. 1 Mở đầu Tính cấp thiết của đề tài: Chơng trình phát triển vũ khí, trang bị nói chung và chơng trình phát triển vũ khí bộ binh nói riêng đã đợc xác định là một trong những hớng u tiên của nền công nghiệp quốc phòng nớc ta hiện nay nhằm bảo đảm tự chủ về nguồn cung cấp. Hiện nay, cơ bản chúng ta đã làm chủ đợc quá trình thiết kế và sản xuất các loại súng cỡ nhỏ theo mẫu nhng để thực sự làm chủ đợc cả quá trình và có thể tự thiết kế ra những loại trang bị phù hợp với cách đánh và con ngời Việt nam thì đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu hơn về bản chất các hiện tợng xảy ra khi bắn và các mô hình tính toán cần phù hợp với thực tế hơn nữa để giúp định hớng cho quá trình thiết kế và giảm chi phí thử nghiệm. Trong thiết kế vũ khí tự động cỡ nhỏ, một bài toán rất quan trọng là đánh giá độ ổn định của hệ khi bắn vì độ ổn định là một trong những yếu tố quyết định đến hiệu quả bắn tức là khả năng tiêu diệt mục tiêu. Xuất phát từ những đòi hỏi trên, đề tài: Khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của đại liên khi bắn nhằm thiết lập một mô hình tổng quát bài toán dao động của hệ súng-giá-xạ thủ trong không gian phục vụ cho việc khảo sát, đánh giá và làm cơ sở nâng cao hiệu quả quá trình khai thác, cải tiến và thiết kế loại trang bị này. Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn các thông số của súng-giá bảo đảm giải quyết mối quan hệ giữa độ chính xác bắn và khả năng cơ động phục vụ cho thiết kế, cải tiến và lựa chọn chế độ khai thác hợp lý. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: Lấy đối tợng là súng đại liên bắn trên giá 3 chân hoặc giá có bánh xe. Mô hình tính toán là dao động của hệ trong không gian có kể tới mối liên kết của súng-giá với xạ thủ và nền đặt bắn. áp dụng tính toán cho 2 mẫu điển hình là đại 2 liên CGM và PKMS. Phơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm đo đạc thông số đầu vào và kiểm chứng mô hình. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Bổ sung và hoàn chỉnh cho bài toán khảo sát, đánh giá chất lợng khi thiết kế súng tự động cỡ nhỏ, góp phần định hớng và giúp giảm chi phí khi thiết kế mới. Xây dựng cơ sở khoa học lựa chọn mô hình tính ổn định tĩnh và động của súng có giá. Nội dung nghiên cứu: Luận án gồm phần mở đầu và bốn chơng thuyết minh cùng với danh mục các bài báo đã công bố, kết luận và phần phụ lục các kết quả thực nghiệm. Có 70 hình, 25 bảng, sử dụng 52 tài liệu tham khảo. Chơng 1 Tổng quan 1.1. ổn định của đại liên khi bắn 1.1.1. Đại liên Trên quan điểm ổn định khi bắn, đại liên có thể đợc chia ra làm hai loại: - Đại liên thế hệ 1: đợc thiết kế trên quan điểm ổn định tĩnh - có liên kết liên tục với nền đặt bắn (điển hình là mẫu CGM); - Đại liên thế hệ 2: đợc thiết kế trên quan điểm ổn định động - bán liên kết với nền đặt bắn (điển hình là mẫu PKMS). Hình 1.1 Đại liên CGM Hình 1.2 Đại liên PKMS 3 Qua phân tích đặc điểm của hai thế hệ ta thấy đại liên của thế hệ 1 có kết cấu cồng kềnh, trọng lợng lớn, khả năng cơ động kém và đặc tính ổn định không cao trên các nền đặt bắn phức tạp. Với các loại đại liên thế hệ 2 đã khắc phục cơ bản các nhợc điểm đó và hiện nay là mẫu trang bị phổ biến trên thế giới. 1.1.2. Lý thuyết ổn định của đại liên khi bắn Độ ổn định của súng đại liên khi bắn [1], [4], [5] không quyết định hoàn toàn nhng ảnh hởng lớn đến độ chính xác bắn. Khi tính toán hoặc nghiên cứu độ ổn định của súng có giá thờng chia ra ổn định tĩnh và ổn định động. Khi nghiên cứu ổn định tĩnh thờng bỏ qua độ đàn hồi của giá và nền đất, súng đợc coi là ổn định khi giá không bị nẩy, nghĩa là điểm tựa của giá không bị tách khỏi nền đất. Còn khi nghiên cứu ổn định động thì súng đợc coi là ổn định khi vị trí đờng trục nòng của nó không thay đổi ở thời điểm bắn từng phát trong loạt. Qua khảo sát sơ bộ cho thấy việc lựa chọn đợc các sơ đồ nguyên lý và mô hình tính toán phù hợp sẽ có vai trò rất lớn trong quá trình thiết kế nhằm tạo ra những mẫu đại liên có khả năng thích ứng ngày càng cao trong chiến tranh hiện đại. 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc 1.2.1. Ngoài nớc Trên thế giới có rất nhiều nhà khoa học đã quan tâm giải quyết bài toán này. Tuy nhiên, đây là các công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực quân sự nên không phải tất cả đều đợc công bố. Qua các tài liệu có đợc thì có thể thấy một số mô hình tiêu biểu sau: Mô hình của BV.Orlop và VV.Anpherop [42],[48]: việc các tác giả chia máy tự động thành: Khâu cơ sở và khâu làm việc đã đa bài toán phức tạp nhiều khâu thành bài toán chuyển động của một khâu thay thế. Tính toán va chạm của các khâu trong máy tự động theo va 4 chạm thẳng, va chạm nghiêng, va chạm nhiều khâu có sử dụng hệ số hồi phục để đơn giản quá trình tính toán. Mô hình chuyển động của hệ súng-giá khi bắn chỉ kể tới chuyển động tịnh tiến dọc trục nòng của các cơ cấu máy tự động khi bắn trên giá đàn hồi. Mô hình của EA.Gorop [45],[46]: tác giả cho rằng súng chỉ chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng (mặt phẳng bắn) và độ cứng của giá rất lớn so với độ cứng của nền đất, tác dụng của nền lên giá đợc thay thế bằng một lò xo, hộp súng và giá đợc khoá chặt tạo thành một khâu cứng có khối lợng đặt tại trọng tâm. Mô hình này chỉ có thể đợc sử dụng cho tính toán sơ bộ khi thiết kế. Mô hình của Kirilop và các tác giả trờng cao đẳng kỹ thuật quân sự Penza [47]: các tác giả của trờng cao đẳng kỹ thuật quân sự Penza đã sử dụng các giả thiết: Mô hình động lực học của hệ vũ khí- giá-xạ thủ đợc xem nh ở dạng sơ đồ lý tởng; Phản xạ có ý thức của xạ thủ trong thời gian bắn loạt ngắn không phát sinh và không kể đến trong tính toán; Tác dụng của xạ thủ trong thời gian bắn loạt ngắn lên vũ khí đợc thay thế trong tính toán bằng tác dụng của lò xo với các đặc tính không thay đổi và đợc xác định hoàn toàn. Phần này các tác giả mới trình bày mô hình tính toán mà cha có lời giải cụ thể, cha đa ra phơng trình tính toán. 1.2.2. Trong nớc Tiến sĩ Nguyễn Thành Long [22] đã đa ra hai mô hình tính toán bằng phơng pháp phần tử hữu hạn: Khảo sát ứng suất và biến dạng xuất hiện khi giá súng có liên kết khớp với nền; Khảo sát dao động của hệ khi giá súng có liên kết đàn hồi và cản nhớt với nền. 1.2.3. Nhận xét Qua việc phân tích các công trình nghiên cứu đã đợc công bố về dao động của súng đại liên khi bắn có thể thấy một số vấn đề sau: các 5 mô hình tính toán chỉ phù hợp với loại trang bị và khả năng giải quyết bài toán tơng ứng với phơng tiện tính toán cùng thời; Các mô hình đều áp dụng cho các loại đại liên thế hệ 1; Cha kể tới hoạt động của máy tự động đồng thời với dao động của toàn hệ thống do đó cha tìm ra ảnh hởng qua lại của dao động và sự làm việc của máy tự động; Chỉ mới kể tới tác động của xạ thủ lên hệ nh một phần tử đàn hồi thụ động hoặc một tải trọng không đổi; Cha trả lời đợc câu hỏi: Mức độ ảnh hởng của biến dạng giá súng trong bài toán ổn định tĩnh; khi tính ổn định động, trờng hợp nào cần kể đến biến dạng của giá súng, trờng hợp nào không cần kể đến? Cha chỉ ra đợc những yếu tố nào có ảnh hởng lớn tới sự ổn định của hệ khi làm việc và từ đó định hớng cho quá trình thiết kế, cải tiến và khai thác trang bị trong điều kiện hiện nay. 1.3. Kết luận chơng 1 Ngày nay, phơng tiện tính toán và thực nghiệm đã phát triển vợt bậc mở ra khả năng thiết lập các mô hình tính toán tơng đối sát với thực tế. Để thực sự làm chủ đợc sức mạnh quân sự của mình thì bên cạnh việc đầu t mua sắm trang bị hiện đại, chúng ta phải từng bớc học hỏi và hoàn thiện khả năng nghiên cứu, thiết kế ra các trang bị có tính năng tốt để góp phần nâng cao khả năng tự chủ cũng nh có thể khai thác tốt các trang bị nhập của nớc ngoài cho phù hợp với điều kiện và con ngời Việt nam. Để nhằm mục đích đó tôi chọn đề tài: Khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của đại liên khi bắn. Nội dung chính cần làm: Khảo sát ổn định cho mô hình đại liên theo nguyên lý ổn định tĩnh và động; Thực nghiệm xác định các thông số đầu vào và các thông số động lực học của hệ; khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của hệ khi bắn. 6 Chơng 2 bi toán Khảo sát ổn định của đại liên Theo nguyên lý ổn định tĩnh 2.1 Đặt vấn đề Với đại liên thế hệ 1, do trọng lợng và kích thớc lớn, liên kết với nền chắc chắn thông qua lỡi cày ngang nên biến dạng của các chi tiết giá súng dới tác dụng của các lực khi bắn là đáng kể. Khi quan tâm tới ứng suất và biến dạng của hệ kết cấu tơng đối phức tạp thì một trong những phơng pháp hay đợc sử dụng là dùng các phần mềm ứng dụng trên cơ sở phơng pháp phần tử hữu hạn bởi nó cho phép nhanh chóng nhận đợc các đặc trng ứng suất, biến dạng, chuyển vị của bất kỳ điểm nào trong hệ kết cấu. 2.2. Giới thiệu về phần mềm SAP2000 Phơng pháp PTHH đã tận dụng đợc các u điểm của phơng pháp xấp xỉ hàm và phơng pháp sai phân hữu hạn. Có nhiều phần mềm đợc viết trên cơ sở phơng pháp PTHH nh SAMCEF, SAP2000, STAD PRO, STRUDCAD ở đây tôi sử dụng phần mềm SAP2000. Phần mềm SAP2000 thích hợp cho các mô hình tính động lực học xác định, tờng minh và có liên kết ổn định, liên tục: - Có cấu trúc hệ xác định, khối lợng các phần tử xác định; - Các thông số đặc trng của kết cấu xác định; - Liên kết là ổn định và liên tục, quy luật ngoại lực tờng minh, xác định trớc. 2.3. Xây dựng mô hình tính toán 2.3.1. Đặt bài toán Qua xem xét các mẫu đại liên thế hệ 1 có thể khẳng định rằng mô hình của chúng khá phù hợp khi sử dụng phần mềm SAP2000 để khảo sát bài toán dao động khi bắn. 7 2.3.2. Các giả thiết và mô hình tính toán Để xây dựng mô hình tính toán cho súng đại liên, sử dụng một số giả thiết: Coi hệ gồm các thanh có hình dạng hình học đơn giản; Liên kết giữa các thanh là liên kết cứng; Coi đất là môi trờng đàn hồi đợc định lợng bằng các hệ số đàn hồi K; Coi vai xạ thủ là môi trờng đàn hồi đợc định lợng bằng các hệ số độ cứng K v . Mô hình tính toán: Hình 2.1 Mô hình tính toán dao động cho đại liên thế hệ 1. 2.3.3. Các lực tác dụng lên hệ khi bắn Khi bắn, các ngoại lực v xung lực biến đổi theo thời gian tác động lên giá súng làm cho giá súng dao động trong không gian với biên độ thay đổi. Các ngoại lực bao gồm: các lực, xung do áp lực khí thuốc và máy tự động sinh ra, trọng lợng bản thân của súng, lực tác động của xạ thủ khi bắn và lực tác dụng của nền đất. Lực của phát bắn tác dụng lên súng đợc thay thế bằng biểu đồ xung lực. Biểu đồ xung lực của súng là tập hợp các xung và lực tác dụng lên hộp súng dọc theo trục nòng khi bắn và khi máy tự động làm việc. Biểu đồ xung lực đợc xác định sau khi giải bài toán động lực học máy tự động (Hình 2.3). Trọng lợng bản thân vũ khí đợc phân bố đều theo thể tích các chi tiết, nó có tác dụng làm tăng độ ổn định của vũ khí. [...]... học của hệ khi bắn (trình bày trong chơng 4) Điều đó cho phép kết luận phơng pháp xây dựng mô hình và giải bài toán là phù hợp 3.6 Khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của đại liên khi bắn Các thông số cơ bản cần khảo sát chia thành 3 nhóm: - Nhóm liên quan tới các thông số cơ bản của kết cấu; - Nhóm liên quan tới tác động của ngời bắn; - Nhóm liên quan tới liên kết nền Việc khảo. .. của nền đất nh một hệ đàn nhớt, tức là tơng đơng với một phần tử đàn hồi có độ cứng K và một giảm chấn có hệ số cản nhớt B 2.4 Khảo sát độ ổn định của đại liên khi bắn bằng phần mềm SAP2000 2.4.1 Khảo sát với mẫu đại liên CGM đại diện cho thế hệ đại liên đợc thiết kế trên quan điểm ổn định tĩnh Hình 2.5 Mô hình đại liên CGM Hình 2.10 Mô hình đại liên PKMS 8 Đại liên thế hệ 1 (CGM) lấy liên kết chân... Để định hớng cho quá trình thiết kế và cải tiến giá súng cần xác định quy luật và mức độ ảnh hởng của các thông số cơ bản tới sự ổn định của hệ khi bắn thông qua việc thay đổi các tham số của mô hình Một số tham số cơ bản cần khảo sát: độ cứng nền tại điểm tỳ lỡi cày sau; độ cứng giá súng; chiều dài càng giá súng; độ cứng giảm giật; khối lợng giá súng; chiều cao đờng lửa Việc khảo sát các tham số. .. nâng của giá tạo ra Sau khi khảo sát ảnh hởng độc lập của các thông số ta nhận thấy có nhiều thông số có ảnh hởng hai chiều tới độ ổn định của hệ Để lựa chọn đợc bộ thông số hợp lý cần phải giải bài toán tối u đa chỉ tiêu Chơng 4 thực nghiệm xác định các thông số đầu vo v các thông số động lực học của hệ khi bắn 4.1 Mục đích thực nghiệm Nội dung thực nghiệm bao gồn 2 phần: - Đo đạc xác định các thông số. .. đầu vào của bài toán lý thuyết: Thông số vai, thông số nền đặt bắn, thông số kết cấu - Xác định các thông số động lực học chính của hệ khi bắn trên nền đã lựa chọn làm cơ sở đánh giá mức độ chính xác, hợp lý của mô 18 hình tính toán lý thuyết 4.2 Xác định các thông số ban đầu 4.2.1 Xác định các thông số liên kết vai Súng đại liên PKMS bắn ở t thế xạ thủ quỳ bắn mở khóa tầm, hớng và buồng khí xả một lỗ... toán trong chơng 3 Chơng 3 khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của đại liên theo nguyên lý ổn định động 3.1 Đặt vấn đề Qua kết quả khảo sát trong chơng 2 thấy rằng: với đại liên thế hệ 2 khi bắn, do chân trớc thờng xuyên bị nhấc lên nên ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các phần tử thuộc hệ là khá nhỏ cho phép sử dụng giả thiết hệ súng- giá là cứng khi thiết lập mô hình tính... nguyên lý ổn định tĩnh, bên cạnh kết quả khảo sát các thông số: kích thớc giá, khối lợng giá, chiều cao đờng lửa phù hợp với các công trình đã công bố thì độ cứng giá súng và tần số dao động riêng là những yếu tố có ảnh hởng quyết định tới độ ổn định của hệ khi bắn Việc sử dụng giảm giật cho phép giảm tải trọng của phát bắn tác dụng lên giá, nâng cao độ ổn định; 3 Khi tính toán ổn định động, nếu khi bắn. .. khảo sát cho phép rút ra các kết luận, định hớng cho quá trình cải tiến, thiết kế giá súng 3.7 Kết luận chơng 3 Các thông số của bài toán cổ điển: trọng lợng, kích thớc giá vẫn có ảnh hởng đáng kể tới độ ổn định của hệ khi bắn Khi thiết kế đại liên thế hệ mới thờng lựa chọn giảm các thông số này tới mức nhỏ nhất nhằm tăng khả năng cơ động của hệ trong hành quân và tác chiến 17 Liên kết nền có ảnh hởng... các thông số cơ bản để lựa chọn bộ thông số hợp lý theo chỉ tiêu tản mát của đạn; - Tiến hành chế tạo và thử nghiệm và hiệu chỉnh mẫu 2.6 Kết luận chơng 2 Sau khi tiến hành khảo sát cho mẫu đại liên theo nguyên lý ổn định tĩnh rút ra một số nhận xét và kết luận: - Bên cạnh các yếu tố đã đợc khảo sát trong các mô hình trớc đây thì biến dạng và tần số dao động riêng là những yếu tố có ảnh hởng lớn tới sự. .. khá lớn tới độ ổn định góc tầm và hớng Độ cứng nền 2 chân sau không đều có ảnh hởng lớn tới góc nẩy đứng và ngang của thân súng Khối lợng thay thế điểm tỳ vai và góc tầm ban đầu ít ảnh hởng tới ổn định của hệ nên khi thiết kế không cần quan tâm nhiều Tuy nhiên góc hớng ban đầu có ảnh hởng tới góc nẩy ngang của thân súng, khi bắn không nên để góc này quá lớn Một đặc điểm nổi bật của thế hệ đại liên mới . định của đại liên khi bắn Các thông số cơ bản cần khảo sát chia thành 3 nhóm: - Nhóm liên quan tới các thông số cơ bản của kết cấu; - Nhóm liên quan tới tác động của ngời bắn; - Nhóm liên. viện kỹ thuật quân sự Trơng T Hiếu khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của đại liên khi bắn Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật Mã số : 62.52.02.01. hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của hệ khi bắn. 6 Chơng 2 bi toán Khảo sát ổn định của đại liên Theo nguyên lý ổn định tĩnh 2.1 Đặt vấn đề Với đại liên thế hệ 1, do trọng