Khảo sát hệ thống tự động ổn định trên khoang tên lửa điều khiển bằng phương pháp gas-động mômen

Bài viết này đề cập và giải quyết bài toán nêu trên với các kết quả khảo sát hệ tự động ổn định trên khoang tên lửa có sử dụng phương pháp gas-động kiểu mômen. Đây cũng là kết quả nghiên cứu tiếp theo của 0 và 0, góp phần hoàn thiện và làm tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực mới này.

Các cơng trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng CNTT-TT Tập V-1, Số (28), tháng 12/2012 Khảo sát hệ thống tự động ổn định khoang tên lửa điều khiển phương pháp gas-động mômen The Investigation on Automatic Stability System of Missile with Lateral Impulsive Thrust Cao Hữu Tình, Vũ Hỏa Tiễn Nguyễn Cơng Định Abstract: Detail information of an automatic stability system of missile steered by impulsivity forces and moment of gasdynamics is not widely published Almost published documents only described its parameters, structures and working principles In this paper, the automatic stability system of missile with lateral impulsive thrust is investigated The result proved the correctness of the working principles, structures and parameters of system It also showed that this kind of missile manoeuvres several times higher than the missile with aerodynamic fin deflection under the same requirements I ĐẶT VẤN ĐỀ Nâng cao khả động tên lửa phương pháp tạo lực mômen điều khiển gas-động hướng nghiên cứu nhằm tăng hiệu chiến đấu loại tên lửa hệ Theo hướng nghiên cứu này, nước phát triển có nhiều kết ứng dụng vào thực tế điều khiển vệ tinh, điều khiển đổi hướng tên lửa sau phóng thẳng đứng, điều khiển tên lửa giai đoạn cuối tiếp cận mục tiêu độ cao lớn Năm 2008, Bhagat cộng công bố kết nghiên cứu toán điều khiển kết hợp hướng vec-tơ lực đẩy gas-động kiểu mômen cho mơ hình tên lửa đánh chặn Các mơ hình tên lửa sử dụng phương pháp điều khiển gas-động khác đối tượng nhiều nghiên cứu nhằm tăng khả động tên lửa hệ 0, 0, Các kết tính tốn thiết kế khảo sát hiệu tên lửa sử dụng phương pháp điều khiển gas-động đưa tài liệu Thông tin giới thiệu cho thấy, việc nghiên cứu đối tượng tên lửa nói chung hệ thống tự động ổn định khoang tên lửa sử dụng phương pháp tạo lực mơmen điều khiển gas-động nói riêng triển khai ứng dụng nhiều nước có trình độ cơng nghệ cao Đối với nước phát triển, lĩnh vực giải bước Đến thời điểm này, nước ta, kết nghiên cứu lĩnh vực mức độ hạn chế 0, Trong đó, đưa phương án thiết kế hệ cánh lái gas-động kiểu mômen cải tiến mô hình tên lửa cánh lái khí động truyền thống, cịn tài liệu 0, tác giả đưa kết nghiên cứu thuật toán chọn phần tử động xung dựa thông số đầu vào số lượng pha thiết bị gas-động Riêng toán khảo sát đánh giá khả điều khiển chất lượng hệ thống nói hồn tồn chưa công bố Bài báo đề cập giải toán nêu với kết khảo sát hệ tự động ổn định khoang tên lửa có sử dụng phương pháp gas-động kiểu mômen Đây kết nghiên cứu 0, góp phần hồn thiện làm tiền đề cho nghiên cứu sâu lĩnh vực II MƠ HÌNH TÊN LỬA SỬ DỤNG THIẾT BỊ GAS-ĐỘNG MƠMEN 2.1 Mơ hình tên lửa tính tốn tham số thiết bị gas-động (TBGĐ) Xét mơ hình tên lửa Hình 1, theo đó, TBGĐ dạng cụ thể thiết bị động xung đặt phía - 57 - Các cơng trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng CNTT-TT trước trọng tâm tên lửa Nguyên lý điều khiển gasđộng kiểu mômen thực cách tạo lực đẩy phản lực vng góc với trục dọc tên lửa mặt phẳng điều khiển vào thời điểm hướng cần thiết Khi gia tốc pháp tuyến tương ứng tạo lực khí động thay đổi gần tức thời góc công, kết làm thay đổi quỹ đạo bay tên lửa Trên thực tế, micro-động xung bố trí theo lớp vịng xuyến với độ phân giải đủ nhỏ để đảm bảo sai số điều khiển nằm vùng cho phép Thuật toán chọn Micro-động xung (MĐCX) ma trận thiết bị động xung nghiên cứu tài liệu Để đơn giản hóa việc tính tốn, ta quy ước rằng, thông số động lực học MĐCX tạo pha điều khiển quy giá trị trung bình MĐCX đặt trọng tâm TBĐCX nP1 αg Tập V-1, Số (28), tháng 12/2012 Gia tốc pháp tuyến tên lửa xác định thơng qua biểu thức tính lực tổng hợp mặt phẳng điều khiển Giả thiết góc cơng nhỏ, góc sai lệch vector lực đẩy với trục dọc tên lửa nhỏ, tham số kết cấu khí động tên lửa thay đổi khơng đáng kể khoảng thời gian khảo sát Khi đó, gia tốc pháp tuyến tạo phương pháp điều khiển gasđộng kiểu mômen xác định biểu thức:  Cyα ρ.Vtb2 (1+ χ* )   Wp = J R µс +  57,3.µ  po   αg g (4) 2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ tự động ổn định khoang Tên lửa điều khiển thiết bị động xung (TBĐCX) Sơ đồ cấu trúc kênh tự động ổn định tên lửa điều khiển TBĐCX sử dụng hai vòng hồi vận tốc góc gia tốc thẳng trình bày Hình Trong Hình 2, P(s) khâu động hình học để biến đổi gia tốc pháp tuyến vận tốc góc V λ xm - σđk K ssg K ggtt − − σ VTG n TBĐCX ω Wpg TÊ N P(s) Hình Mơ hình tên lửa điều khiển gas-động mơmen GTT Theo mơ hình trên, thông số điều khiển gasđộng tên lửa tính tốn theo cơng thức sau 0, 0: Hình Sơ đồ cấu trúc hệ tự động ổn định tên lửa điều khiển gas-động mơmen Gia tốc góc quay thân tên lửa, tạo MĐCX: ωɺ = P1 ( xm − xTBGĐ ) Iz (1) Vận tốc góc, tạo n MĐCX: ω (t ) = nωɺ 1t (2) Góc cơng tạo n MĐCX xác định công thức: αg (t ) = nω1t Phương pháp tính tốn hệ số khuếch đại mạch hồi tiếp VTG GTT thực giống tên lửa cánh lái khí động Sự khác thể việc sử dụng hệ số hiệu điều khiển hệ số động lực điều khiển tương ứng phương pháp tạo lực mơmen để tính tốn (3) - 58 - Các cơng trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng CNTT-TT Giá trị σmin tương ứng với giá trị trung bình vận tốc góc quay trục dọc Tên lửa MĐCX tạo ra, tính theo biểu thức sau 0: σ = a3 gm τ1 К g vtg + ωɺ а Lgtt K g gtt (5) với hệ số động học phản ánh hiệu điều khiển MĐCX a3gm tính theo cơng thức 0: a3 gm = P1 ( xm − xTBGĐ ) IZ Tập V-1, Số (28), tháng 12/2012 MĐCX P1 = 2500N, thời gian làm việc trung bình MĐCX τ1 = 0.016s, chu kỳ rời rạc ∆τ đk = 0.032s, gia tốc góc tạo lực khí động ωɺ a = 5.25rad/s2, khoảng cách trọng tâm khối TBĐCX đến trọng tâm Tên lửa xm - xTBGĐ = 1m Quá trình độ hệ tự động ổn định khoang thể Hình (6) Tín hiệu điều khiển σđk xác định vec tơ số lượng MĐCX cần sử dụng n (gồm số lượng pha MĐCX).Vec tơ số lượng MĐCX n xác định độ lớn hướng vec tơ phản lực điều khiển tên lửa Goc tan cong (do) Phương pháp điều khiển khí động truyền thống làm việc chế độ liên tục theo thời gian, cịn kênh điều khiển gas-động mơmen làm việc chế độ rời rạc khoảng thời gian hữu hạn ∆τ đk Để đảm bảo loại trừ trường hợp lúc mở hai MĐCX theo hai hướng ngược yêu cầu khoảng thời gian không nhỏ thời gian làm việc cực đại MĐCX có tính tới sai số, tức phải thỏa mãn điều kiện sau: ∆τ đk > τ1max (7) Để khảo sát động học hệ tự động ổn định điều khiển gas-động mômen, hoạt động TBĐCX chu kỳ rời rạc ∆τ đk tạo giả theo giả mã sau: 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Thoi gian (s) 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Hình Đồ thị góc công Thời gian phản ứng tên lửa 0,04s, nhỏ nhiều lần so với phương pháp điều khiển cánh lái khí động truyền thống (0,15s) Điều khẳng định khả tác động nhanh điều khiển gas-động việc nâng cao tính động tên lửa Độ xác ổn định góc cơng nằm giới hạn cho phép, thể thông qua sai số ∆α