Bài viết trình bày kết quả tính toán đặc trưng làm việc của cơ cấu bảo hiểm kiểu đòn bẩy được lắp cho ngòi thủy tĩnh, đáp ứng các yêu cầu đề ra: An toàn trong bảo quản vận chuyển, tin cậy mở bảo hiểm khi bắn. Kết quả tính toán được kiểm chứng bằng thực nghiệm cơ cấu khi thử rơi, thử bắn trên đạn lựu phóng chống người nhái.
Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật khí động lực NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CƠ CẤU BẢO HIỂM KIỂU ĐÒN BẨY CHO NGÒI THỦY TĨNH Chu Văn Tùng1, Trần Đức Việt1, Dương Trí Dũng1, Nguyễn Hanh Hồn2* Tóm tắt: Bài báo trình bày kết tính tốn đặc trưng làm việc cấu bảo hiểm kiểu đòn bẩy lắp cho ngòi thủy tĩnh, đáp ứng yêu cầu đề ra: an toàn bảo quản vận chuyển, tin cậy mở bảo hiểm bắn Kết tính tốn kiểm chứng thực nghiệm cấu thử rơi, thử bắn đạn lựu phóng chống người nhái Từ khóa: Ngịi nổ; Cơ cấu bảo hiểm; Địn bẩy ĐẶT VẤN ĐỀ Ngòi nổ thủy tĩnh (ngòi kích nổ áp suất thủy tĩnh) lắp cho đạn lựu phóng chống người nhái dùng để sát thương sinh lực độ sâu định (được cài đặt trước bắn [5] Đạn lựu phóng chống người nhái có gia tốc chuyển động nòng nhỏ (K1=2135), ngịi nổ khơng có mẫu, vậy, việc lựa chọn, tính tốn thiết kế cấu bảo hiểm để đảm bảo an toàn bảo quản vận chuyển, tin cậy mở bảo hiểm bắn vấn đề đặt Các cấu bảo hiểm sử dụng cho ngòi đạn có K1 nhỏ biết đến cấu bảo hiểm qn tính dích dắc (ngịi M6, C-1M, M12…), nhiên, khơng gian để lắp cấu qn tính dích dắc phụ thuộc nhiều vào cấu khác ngòi (cơ cấu nhận áp, cấu phát hỏa,…), mặt khác, độ an toàn bảo quản vận chuyển cấu dích dắc chưa cao Trong [4], nghiên cứu cấu phát hỏa kiểu địn bẩy, khuyến nghị áp dụng cấu cho loại ngịi đạn có hệ số qn tính trục K1=90010000 Khi thiết kế ngòi trên, tác giả cải tiến cấu phát hỏa thành cấu bảo hiểm kiểu đòn bẩy cho phù hợp Do vậy, cần tính tốn đánh giá hoạt động cấu để thỏa mãn yêu cầu đặt (an toàn bảo quản vận chuyển, tin cậy mở bảo hiểm bắn) Trong phạm vi báo tác giả trình bày kết tính tốn đặc trưng làm việc cấu, kết thực nghiệm hoạt động cấu, phân tích đánh giá khả sử dụng cấu cho ngòi thủy tĩnh ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG NGÒI THỦY TĨNH 2.1 Đặc điểm cấu tạo Hình Ngịi nổ thủy tĩnh: 1- Cụm nắp điều chỉnh; 2- Thân trên; 3- Cụm áp suất thủy tĩnh; 4- Trục; 5- Kim hỏa; 6- Thân dưới; 7- Bệ; 8- Cụm bệ trượt; 9- Cụm bảo hiểm bệ trượt; 10- Cụm trạm nổ 198 C V Tùng, …, N H Hoàn, “Nghiên cứu sử dụng cấu bảo hiểm … cho ngòi thủy tĩnh.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Ngịi nổ thủy tĩnh có cấu tạo hình 1, bệ lắp trục 4, cụm áp suất thủy tĩnh 3, kim hỏa 5, cụm bệ trượt 8, cụm bảo hiểm bệ trượt Thân lắp cụm nắp điều chỉnh Bệ 7, thân 2, cụm trạm nổ 10 lắp với thân thành ngịi hồn chỉnh Cụm bảo hiểm bệ trượt có cấu tạo hình 2, gồm cấu bảo hiểm kiểu đòn bẩy (được điều chỉnh thiết kế so với nguyên [4]), ống 15 giữ bi 16, bi 16 giữ ống 17, ống 17 giữ bi 19, bi 19 giữ bệ trượt 20, hình thành nên cụm bảo hiểm pha Hình Cụm bảo hiểm bệ trượt: 11- Thân; 12, 16, 19- Bi; 13- Đòn bẩy; 14, 18- Lò xo; 15, 17- Ống; 20- Bệ trượt 2.2 Nguyên lý hoạt động Trong bảo quản vận chuyển, cấu ngòi có vị trí lắp ghép hình 1, hình 2, cụm bệ trượt mang ống nổ ngăn cách với cụm trạm nổ đặt lệch với kim hỏa Bệ trượt giữ nhóm chi tiết bi 19, ống 17, bi 16 giữ, ống 15 Ống 15 bị lò xo nén tác dụng lực xuống bị giữ đầu ngắn đòn bẩy Khi bắn, tác dụng lực quán tính trục, bi 12 chuyển động xuống làm quay đòn bẩy 13 (ngược chiều kim đồng hồ), đầu ngắn đòn bầy làm cho ống 15 chuyển động lên, đến vị trí mở bảo hiểm, đầu ngắn địn bẩy giải phóng ống 15, tác dụng lực lò xo, đẩy ống 15 xuống, giải phóng bi 16, ống 17 lực quán tính trục nên giữ bi 19, giữ bệ trượt 20 vị trí ngăn cách Khi bay, lị xo đẩy ống 17 lên, giải phóng bi 19, giải phóng bệ trượt, bệ trượt chuyển động đưa ống nổ vị trí đợi nổ Khi đạn chìm nước, áp suất nước kích hoạt cụm áp suất thủy tĩnh cài đặt độ sâu nổ, trục giải phóng bi, giải phóng kim hỏa, kích nổ ống nổ, kích nổ trạm nổ, kích nổ đạn Bảng Thơng số cấu bảo hiểm kiểu địn bẩy [5] Đại lượng Ký hiệu Giá trị Đại lượng Ký hiệu Giá trị Mô men quán m1 (g) J (kG.m ) Khối lượng bi 0,432 1,78.10-9 tính Khối lượng đòn m2 (g) 0 ,1 , (độ) 71, 40, 60 0,082 Góc nghiêng bẩy Khối lượng ống m3 (g) H kh , r (mm) 0,178 Thông số ống 5,1; 1,75 - lị xo f ms Klx (N/m) 470÷610 Độ cứng lò xo Hệ số ma sát 0,15 Quãng đường Độ nén ban đầu xmbh (mm) ln (mm) mở bảo hiểm 7,4 8,8 lò xo bi Khoảng cách Quãng đường OA,OB, 6,8;1,5; 0,87; 1,26; li (i 15) (mm) cánh tay chuyển động OC (mm) 3,5 3,7; 4,1; 7,4 địn bi Tạp chí Nghiên cứu KH&CN qn sự, Số 69, 10 - 2020 199 Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật khí động lực TÍNH TỐN CÁC ĐẶC TRƯNG LÀM VIỆC CỦA CƠ CẤU 3.1 Hệ phương trình tổng quát chuyển động hệ a Một số giả thiết - Coi bi chất điểm có quỹ đạo chuyển động hình 3, thơng số quỹ đạo chuyển động xác định từ thông số hình học cấu; - Trong trình chuyển động bi ln tiếp xúc với địn bẩy bỏ qua khoảng thời gian va chạm bi với thân mấu; - Bỏ qua ảnh hưởng thay đổi vị trí tác dụng lực ống đòn bẩy đòn bẩy quay độ nghiêng ống nằm mặt phẳng x0y b Hệ phương trình tổng quát chuyển động hệ Trường hợp tổng qt, hệ có mơ hình đặt lực sau [2, 4]: Hình Quỹ đạo chuyển Hình Mơ hình đặt lực lên hệ động bi Trong đó: + G1, G2, G3: Trọng lượng bi, đòn bẩy cụm ống; + F1, F2, F3: Lực qn tính bi, địn bẩy hệ ống-lò xo nhận đạn rơi bắn; + Flx, ln, Klx: Lực lò xo, độ nén ban đầu lò xo, độ cứng lò xo; + R1, R’1, R3, R’3: Là lực phản lực đòn bẩy với bi ống; + N1, N2, N3: Phản lực từ bi thân tác dụng lên ống; + m1, m2, m3: Khối lượng bi, địn bẩy, hệ ống-lị xo; + Mms : Mơ men ma sát trục quay đòn bẩy; + φ, φ0 : Góc quay địn bẩy góc quay ban đầu đòn bẩy; + x1, x3 : Quãng đường chuyển động bi ống Mơ hình đặt lực bi chuyển động theo đoạn 1-2 ; 3-4 sau [4]: Hình Lực tác dụng lên bi đoạn 1-2 Hình Lực tác dụng lên bi đoạn 3-4 200 C V Tùng, …, N H Hoàn, “Nghiên cứu sử dụng cấu bảo hiểm … cho ngòi thủy tĩnh.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Từ mô hình đặt lực, giả thiết hệ số ma sát vị trí (f), qua biến đổi nhận hệ phương trình tổng qt chuyển động địn bẩy sau: m1.(OA hs2 )2 m3 OB hs3 d 2 Jo hs1sin ( 0 ) sin ( 0 ) dt m1 (OA hs2 )2 sin(2 20 ) m3hs3OB sin(2 20 ) d 2 hs1.sin4 ( 0 ) sin4 ( 0 ) dt ( F1 G1 ).(OA hs2 ) ( F2 G2 ).OC.cos( (1) 0 ) 2.N3 f OB.hs3 ( H kh h f r ) ( F3 G3 ).OB.hs3 FLX OB.hs3 M ms H kh t 0; 0; 0; x1 0; 0 x1 l1 hs1 1; hs2 0; l1 x1 l2 hs1 sin 21 f sin1.cos1 ; hs2 ( x1 l1 ) / (tg1 ); l2 x1 l3 hs1 1; hs2 ; Với: l3 x1 l4 hs1 sin 2 f sin cos ; hs2 ( x1 l3 ) / (tg ); l4 x1 hs1 1; hs2 0; x1 l1 v1 v1.sin 1 ; x l v v sin ; h1 h3 x ;1 x1 (OA hs2 ).tg ( / 0 ) tg ( / 0 ) Và x3 OB.tg ( / 0 ) tg ( / 0 ) hs3 / 1 2.r f / H kh (2) (3) 3.2 Điều kiện an toàn rơi cấu Trước bắn, lực gây nguy hiểm cho ngòi lực va chạm đạn rơi Theo [1], giả thiết rằng, lực tác động đầu đạn chướng ngại F thay đổi theo quy luật hình sin, với tổng thời gian va chạm tvc vận tốc va chạm Vvc (hình 7) F Fmax sint (4) Hình Mơ hình lực tác động đầu đạn gang Khi va chạm với gang có hệ số khơi phục tốc độ =0,55 ; Vvc tvc =20.103; tần số lực va chạm / tvc Lực quán tính chi tiết hệ nhận đạn rơi [1]: m1.(1 ).Vvc sin t F1 2tvc m2 (1 ).Vvc sin t F2 2tvc m3 (1 ).Vvc sin t F3 2tvc Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 69, 10 - 2020 (5) (6) (7) 201 Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật khí động lực Giải phương trình (1), kết nhận đạn rơi độ cao m, bi chuyển động 3,1 mm (hình 8, 9), nhỏ quãng đường mở bảo hiểm bi 7,4 mm, cấu đảm bảo an toàn rơi Tiếp tục giải phương trình (1) tăng độ cao rơi, nhận kết độ cao rơi cấu mở bảo hiểm 14 m Hình Đồ thị quãng đường chuyển động bi theo thời gian: 1, - Vị trí chuyển động bi Hình Đồ thị vận tốc chuyển động bi theo thời gian: 1, - Vị trí chuyển động bi 3.3 Điều kiện mở bảo hiểm cấu Khi bắn, chi tiết cấu chịu tác dụng lực quán tính trục, lực xác định thơng qua tốn thuật phóng [1, 3] mơ tả phương trình (8) Khi bắn, giả thiết trọng lực chi tiết khơng tham gia vào q trình mở bảo hiểm nên bỏ qua (G1, G2, G3) F1 m1.S P.g / ( ' q) (8) F2 m2 S P.g / ( ' q) F m S P.g / ( ' q) Trong đó: S - Diện tích tiết diện nịng súng; P - Áp suất khí thuốc lịng nịng; g Gia tốc trọng trường; ' - Hệ số tăng nặng; q - Trọng lượng đạn Giải phương trình (1), sử dụng thông số kết cấu bảng 1, nhận quãng đường, vận tốc thời điểm bi mở bảo hiểm cho cấu bắn đồ thị hình 10 202 C V Tùng, …, N H Hoàn, “Nghiên cứu sử dụng cấu bảo hiểm … cho ngòi thủy tĩnh.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình 10 Vận tốc qng đường chuyển động bi ứng với áp suất lòng nòng Nhận thấy, cấu mở bảo hiểm đạn chuyển động nòng, thời điểm mở bảo hiểm 2,2ms, thời điểm này, áp suất khí thuốc nòng P 2.Pmax / Kiểm tra điều kiện tin cậy thời điểm 2,2 ms, với hệ số = 0,7, vế phải phương trình đảm bảo dương, vận tốc chuyển động bi tăng, đảm bảo độ tin cậy mở bảo hiểm [1] 3.4 Kết thử nghiệm, kiểm tra Ngòi thủy tĩnh chế thử, lắp cấu bảo hiểm địn bẩy hình 1, thơng số cấu đòn bẩy bảng Do việc đo lường thông số chuyển động cấu hoạt động khó thực được, vậy, phương pháp thử nghiệm đánh giá khả mở bảo hiểm cấu thử rơi thử bắn Với yêu cầu thử rơi, cấu không bị mở bảo hiểm, thử bắn cấu mở bảo hiểm tin cậy Tiến hành thử rơi ngòi (được lắp đạn giả) gang với độ cao rơi 5m kết nhận 10/10 ngịi khơng bị mở bảo hiểm Tiến hành thực nghiệm thử bắn thu hồi ngòi thủy tĩnh, sau thử bắn kiểm tra máy soi X-ray Kết 10/10 ngòi mở bảo hiểm tin cậy, bệ trượt chuyển động vị trí đợi nổ Như vậy, kết thực nghiệm nhận cấu đảm bảo an toàn bảo quản vận chuyển, tin cậy mở bảo hiểm bắn KẾT LUẬN Cơ cấu bảo hiểm (hoặc cấu phát hỏa) kiểu địn bẩy với chi tiết chủ động (bi) có quỹ đạo chuyển động dạng dích dắc thể rõ ưu điểm hệ cấu chuyển động dích dắc nói chung (an tồn bảo quản vận chuyển, tin cậy mở bảo hiểm bắn), cấu có kích thước tương đối nhỏ gọn (6x16x16) mm, phù hợp cho loại ngịi hệ có kích thước bao hạn chế Kết thực nghiệm phù hợp với kết tính tốn báo khuyến nghị sử dụng cấu cho đạn có hệ số quán tính trục nhỏ (K1=90010000) [4] Cơ cấu bảo hiểm kiểu địn bẩy đảm bảo an tồn bảo quản vận chuyển, tin cậy mở bảo hiểm bắn ngịi thủy tĩnh lắp cho đạn lựu phóng chống người nhái, đáp ứng yêu cầu đề Mở rộng phương pháp tính tốn thực nghiệm báo áp dụng để tính tốn, thiết kế, lựa chọn thơng số cấu (lực lị xo, kích thước cánh tay địn địn bẩy, khối lượng bi ống) phù hợp cho loại ngòi đạn có hệ số qn tính trục nhỏ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 69, 10 - 2020 203 Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật khí động lực TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Văn Lâm “Nguyên lý kết cấu tính tốn thiết kế ngịi đạn” Học viện KTQS (2008) [2] Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Đình, Nguyễn Văn Khang “Cơ học lý thuyết”, Nxb Giáo dục (2005) [3] Nghiêm Xuân Trình, Nguyên Quang Lượng, Nguyễn Trung Hiếu, Ngơ Văn Quảng “Thuật phóng trong”, Học Viện KTQS (2015) [4] Phạm Đức Hùng, Nguyễn Phúc Linh, Chu Văn Tùng, Phan Văn Vũ “Tính tốn cấu phát hỏa kiểu đòn bẩy ngòi đạn” Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, tập 3, (2017) [5] Trần Đức Việt, “Hồ sơ đề tài súng đạn lựu phóng chống người nhái”, Viện Vũ khí (2020) ABSTRACT RESEARCH ON USING SAFETY ARMING DEVICE LEVERAGE TYPE FOR HYDROSTATIC FUZE This article presents calculation results activate of safety arming device leverage type, which is assembled for hydrostatic fuze, satisfy requirements: safe in storage and transportation, open arming when be fired The results are proved experimentally drop test and firing test on anti-frogmen grenades Keywords: Fuzes; Safety arming device; Leverage Nhận ngày 07 tháng năm 2020 Hoàn thiện ngày 13 tháng 10 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 10 năm 2020 Địa chỉ: 1Viện Vũ khí/Tổng cục CNQP; Viện Tên lửa/Viện KHCNQS *Email: hanhhoanvtl@gmail.com 204 C V Tùng, …, N H Hoàn, “Nghiên cứu sử dụng cấu bảo hiểm … cho ngòi thủy tĩnh.” ... (1), sử dụng thông số kết cấu bảng 1, nhận quãng đường, vận tốc thời điểm bi mở bảo hiểm cho cấu bắn đồ thị hình 10 202 C V Tùng, …, N H Hoàn, ? ?Nghiên cứu sử dụng cấu bảo hiểm … cho ngịi thủy tĩnh. ”... [4]: Hình Lực tác dụng lên bi đoạn 1-2 Hình Lực tác dụng lên bi đoạn 3-4 200 C V Tùng, …, N H Hoàn, ? ?Nghiên cứu sử dụng cấu bảo hiểm … cho ngòi thủy tĩnh. ” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Từ mơ hình... trình đảm bảo dương, vận tốc chuyển động bi tăng, đảm bảo độ tin cậy mở bảo hiểm [1] 3.4 Kết thử nghiệm, kiểm tra Ngòi thủy tĩnh chế thử, lắp cấu bảo hiểm đòn bẩy hình 1, thơng số cấu địn bẩy bảng