Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số hình dạng đến hệ số khí động học của tên lửa phòng không tầm thấp TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ TRẦN PHÚ HỒNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ HÌNH DẠNG ĐẾN HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG HỌC CỦA TÊN LỬA PHỊNG KHƠNG TẦM THẤP Chun ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 52 01 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Văn Chúc TS Nguyễn Văn Sơn Phản biện 1: GS TSKH Nguyễn Đức Cƣơng Phản biện 2: GS TS Nguyễn Thế Mịch Phản biện 3: PGS TS Đặng Ngọc Thanh Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện họp Viện Khoa học Công nghệ quân vào hồi phút, ngày tháng năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học Công nghệ quân sự; - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Tên lửa tự dẫn hồng ngoại đất đối không tầm thấp I quan tâm không nước ta mà nhiều nước giới Đây loại tên lửa có điều khiển có tính hiệu cao tác chiến, trang bị cho cá nhân tổ hợp xe giới Chúng nghiên cứu chế tạo phù hợp hiệu chiến tranh đại nhằm tiêu diệt mục tiêu không tầm thấp như: tên lửa hành trình, máy bay tốc độ thấp, trực thăng vũ trang trực thăng đổ Cùng họ với tên lửa I có tên lửa A72, A87 trang bị quân đội ta, đặc biệt tên lửa A72 phát huy tính hiệu chiến trường Miền Nam Chủ trương quân đội ta bước ứng dụng khoa học kỹ thuật, cải tiến đại hoá trang bị quân sự, đặc biệt quan tâm đến loại tên lửa tự dẫn hồng ngoại điều khiển kênh thuộc tổ hợp tên lửa phịng khơng tầm thấp Những năm qua Tổng cục Cơng nghiệp quốc Phịng tiếp thu chuyển giao công nghệ chế tạo tên lửa tự dẫn hồng ngoại I từ nước ngồi, nhiên tài liệu tính tốn thiết kế khơng chuyển giao Điều gây khó khăn việc cải tiến, đại hóa làm chủ cơng nghệ chế tạo họ tên lửa công nghệ nước Do việc nghiên cứu sâu chất vật lý, sở lý thuyết, tính tốn xác định tham số, làm sáng tỏ vấn đề công nghệ chuyển giao vấn đề có tính khoa học thực tiễn cao Mục đích luận án: Xây dựng sở lý thuyết, xác định tham số thiết kế phối trí khí động, đặc biệt quan tâm tới giải pháp giảm lực cản diện đảm bảo tính gọn nhẹ, đồng thời đảm bảo chức tự dẫn lớp tên lửa Để đạt mục tiêu trên, luận án xây dựng phương pháp để xác định hệ số đặc trưng khí động học tên lửa phịng khơng tầm thấp (TLPKTT) nói chung TLPKTT kiểu I nói riêng, sở kết hợp phương pháp để nâng cao độ tin cậy kết tính tốn Đánh giá ảnh hưởng tham số hình dạng đến hệ số khí động học TLPKTT kiểu I, qua đưa đề xuất giải pháp nâng cấp, cải tiến tên lửa dựa thay đổi thiết kế biên dạng đạn Nội dung nghiên cứu: Từ kết nghiên cứu tổng quan, luận án phân tích, lựa chọn mơ hình nghiên cứu Xây dựng mơ hình tốn phù hợp (đối tượng TLPKTT điều khiển kênh, có tính tới yếu tố ảnh hưởng tượng đan kênh) kết hợp ứng dụng phương pháp mô khí động học (phương pháp tính tốn lý thuyết), phương pháp xử lý số liệu kết bắn thực nghiệm (phương pháp thực nghiệm) trình bày sở lý thuyết phương pháp hiệu chỉnh số liệu kết nhận Trên sở phương pháp xác định hệ số khí động xây dựng NCS tiến hành đánh giá số tham số hình dạng để thấy ảnh hưởng chúng lên hai hệ số khí động học hệ số lực cản Cx, hệ số mô men xoắn mx Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Các vấn đề nghiên cứu, giải luận án chủ yếu tập trung vào khí động học bay TLPKTT điều khiển theo kênh Phạm vi nghiên cứu luận án khảo sát đánh giá ảnh hưởng tham số hình dạng đến đặc trưng khí động học lớp tên lửa kênh kiểu I, bay tốc độ âm điều kiện đảm bảo tốc độ góc quay xung quanh trục dọc tên lửa trì ổn định Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp phương pháp nghiên cứu tính tốn lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học luận án: Các vấn đề nghiên cứu, giải luận án vấn đề khoa học quan tâm cường quốc kỹ thuật quân giới nghiên cứu, thử nghiệm đưa vào ứng dụng, song sở lý thuyết kết nghiên cứu vấn đề khơng cơng bố Vì vấn đề thực có ý nghĩa khoa học Ý nghĩa thực tiễn luận án: Kết nghiên cứu đề tài luận án làm sáng tỏ sở khoa học giải đáp vấn đề TLPKTT kiểu I, chóp khí động lại có hình dạng kiểu với ren xoắn có chiều dài, đường kính vấn đề phối trí khí động cánh đuôi, cánh lái, cánh phá ổn định…trên tên lửa Luận án gồm phần mở đầu, kết luận, chương trình bày 136 trang phần phụ lục CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM PHỐI TRÍ, KHÍ ĐỘNG LỚP TÊN LỬA PHÕNG KHƠNG TẦM THẤP KIỂU I 1.1 Tổng quan tên lửa phịng khơng tầm thấp kiểu I Cho đến TLPKTT có lịch sử phát triển lâu dài 50 năm, qua ba hệ với 30 chủng loại khác Những chiến tranh, xung đột trước chiến tranh Việt Nam (giai đoạn 1965-1975), Afghanistan (1982-1989), hay chiến thập kỷ gần Irắc (2003-2011), nội chiến Syria (từ năm 2011 – nay), chứng tỏ phương tiện tiến công đường không tầm thấp chủ yếu máy bay cường kích chiến trường, máy bay trực thăng Hiện nay, trình phát triển TLPKTT trải qua bốn hệ, với nhiều cải tiến tính tác chiến Điển hình hệ thứ nghiên cứu chế tạo theo hướng tiên tiến thơng minh hóa hơn, đồng thời nâng tính kỹ-chiến thuật khác như: tầm bắn hiệu quả, độ cao bắn hiệu quả, tăng uy lực phần chiến đấu để tăng xác suất sát thương mục tiêu, Điển hình cho hệ loại “Stinger RMPII” (Mỹ), “I-S”, “I-N”, “I-D” (Nga) Hình ảnh tổng thể TLPKTT kiểu I: Hình 1.1 Tên lửa phịng0020khơng tầm thấp kiểu I Tên lửa cấu tạo từ khoang liên kết với sau: đầu tự dẫn 1, khoang máy lái 2, phận chiến đấu (cùng với ngòi nổ), động hành trình 4, động phóng khối cánh lái 1.2 Đặc điểm khí động TLPKTT nói chung TLPKTT kiểu I nói riêng Phần lớn lớp TLPKTT thiết kế nguyên tắc mơ hình khí động “con vịt” Dựa đó, thiết kế vị trí đặt đầu tự dẫn, khoang lái, phần chiến đấu thiết bị động với phận cánh, phần đuôi Với sơ đồ này, mặt việc thiết kế liên kết khối cụm điện tử đơn giản hóa, mặt khác tăng tối đa khả động cho đạn Nhưng bên cạnh đó, sơ đồ khí động có điểm hạn chế định, như: gây tượng dịng xốy từ cánh lái ảnh hưởng lên phần thân, cánh Khi dịng thổi đến khơng đối xứng làm xuất mô men cren phụ Mô men phụ thuộc nhiều vào góc tấn, vận tốc dịng tới (đặc trưng số Mach) góc lệch cánh tên lửa 1.3 Vấn đề xác định hệ số khí động học lớp TLPKTT nói chung Tên lửa TLPKTT kiểu I nói riêng Tổng quan tình hình nghiên cứu giới nước Hướng nghiên cứu xác định đặc trưng khí động thực áp dụng số loại TLPKTT nói chung TLPKTT kiểu I nói riêng tóm tắt thực theo số hướng nghiên cứu sau đây: - Phương pháp giải tích - Phương pháp sử dụng ống khí động - Phương pháp xác định hệ số đặc trưng khí động phương pháp xử lý kết bắn thực nghiệm - Phương pháp sử dụng phần mềm mô khí động học - Phương pháp xốy rời rạc 1.4 Kết luận chƣơng Chương luận án trình bày vấn đề chung TLPKTT, làm rõ đặc điểm riêng hình dạng, phối trí khí động, phương pháp điều khiển lớp TLPKTT Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước lĩnh vực nghiên cứu, thực nghiệm xác định hệ số khí động, mối quan hệ ảnh hưởng hình dạng khí động đặc tính khí động thiết bị bay nói chung lớp TLPKTT nói riêng Từ giới hạn, đặt toán cần phải giải luận án: - Nghiên cứu đặc tính khí động TLPKTT kiểu I; - Xây dựng hai phương án xác định hệ số khí động TLPKTT kiểu I là: + Phương án tính tốn lý thuyết: Xây dựng mơ hình tốn phù hợp với đối tượng nghiên cứu TLPKTT, đối tượng có đặc điểm điều khiển kênh, chuyển động quay quanh trục dọc (có tính đến ảnh hưởng đan kênh); NCS lựa chọn phương án sử dụng phần mềm mơ khí động học ANSYS.CFX để hỗ trợ trình ứng dụng mơ hình tốn để xác định hệ số khí động TLPKTT + Phương án thực nghiệm: Sử dụng kết đo đạc quỹ đạo bắn thử nghiệm TLPKTT kiểu I, xây dựng phương án xử lý số liệu kết bắn thực nghiệm; + So sánh kết hai phương pháp - Đánh giá ảnh hưởng tham số hình dạng khí động (góc cơn, bước ren, đường kính chiều dài khí động) đến hệ số lực cản Cx; - Đánh giá ảnh hưởng tham số hình dạng phối trí khí động cánh tên lửa (cánh ổn định, cánh lái, cánh phá ổn định) đến hệ số mô men ổn định tốc độ quay tên lửa xung quay trục dọc mx; - Đề xuất giải pháp tối ưu hình dạng khí động, phối trí khí động thân-cánh, cải thiện chất lượng khí động cho TLPKTT kiểu I CHƢƠNG MƠ HÌNH KHÍ ĐỘNG TÍNH TỐN LỰC VÀ MƠ MEN CỦA TÊN LỬA CĨ TÍNH ĐỐI XỨNG Hiện mơ hình tốn để xác định hệ số đặc trưng khí động mơ hình toán chung cho thiết bị bay Đặc điểm đối tượng nghiên cứu luận án TLPKTT điều khiển kênh, loại tên lửa đặc thù có đan kênh Các yếu tố ảnh hưởng lẫn Như trình bày chương đặc điểm khí động học lớp tên lửa ta thấy tranh khí động phức tạp, ví dụ thay đổi góc gây nên thay đổi lực cản diện, lực trượt cạnh mô men theo trục khác Ngoài ra, đối tượng tên lửa hoạt động vùng vận tốc âm với đặc điểm có chuyển động quay quanh trục dọc đạn nên mơ hình tốn chung cho thiết bị bay thông thường không lột tả hết đặc điểm đan kênh tính chất phức tạp chuyển động loại thiết bị bay điều khiển kênh Do đó, phần lớn nội dung chương xây dựng mô hình tốn cho riêng đối tượng TLPKTT 2.1 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp xác định hệ số khí động lớp tên lửa quay quanh trục dọc Việc xây dựng mơ hình tốn có ý nghĩa quan trọng q trình xác định hệ số khí động thiết bị bay nói chung Các mơ hình toán thường hàm nhiều biến Đối với đặc điểm lớp TLPKTT, có tính quay - nên có ảnh hưởng mạnh mẽ kênh chuyển động lẫn Ta gọi tượng “đan kênh” Lấy ví dụ, thay đổi góc dẫn đến thay đổi khơng lực nâng, lực cản diện mà lực trượt cạnh, trường hợp ngược lại xảy thay đổi góc trượt cạnh thay đổi đặc trưng khí động kênh khác Do đó, cần có mơ hình tốn xây dựng phù hợp với lớp tên lửa có tính quay điều khiển kênh kiểu TLPKTT Để giải toán này, đưa vào biến góc tổng góc kren khí động Đây góc xác định theo vị trí tương đối vecto vận tốc tức thời với hệ tọa độ liên kết tên lửa Góc tổng góc vecto vận tốc trục dọc Ox tên lửa, góc góc vecto vận tốc hình chiếu vecto vận tốc lên mặt phẳng đối xứng tên lửa (hình 2.1) Hình 2.1 Hệ trục tọa độ liên kết Oxyz hệ trục tọa độ trụ 0xζη Ngồi cịn đưa thêm vào đại lượng góc lệch cánh xác định đặc trưng hình dạng tức thời phần thân cứng tên lửa, ta gọi chúng “cấu hình- ” Các hàm xác định dựa kết thổi mơ hình ống khí động (Như trình bày điều kiện nước ta nay, việc sử dụng ống khí động cho thiết bị bay có tốc độ cao khơng thể Nên ta sử dụng phần mềm mơ khí động học phần mềm ANSYS để thay cho phương án sử dụng ống khí động) Chúng ta nhận thấy rằng, tham số chuyển đổi sang khái niệm góc góc trượt cạnh thông thường thông qua công thức quy đổi sau: ; ; ; Như vậy, hiểu góc tổng; góc kren khí động Tương tự vecto vận tốc góc , , hệ tọa độ liên kết phân tích theo biến cực ( ) hệ tọa độ cực ( ): , ; Có hai bước để xác định hàm phụ thuộc hệ số khí động với tham số là: - bước thứ nhất: xác định phụ thuộc riêng vào tham số α,φ; - bước thứ hai: xác định phụ thuộc vào tham số ̂ 2.1.1 Chuyển từ hệ tọa độ liên kết sang hệ trục tọa độ trụ Các trục 0ζ trục 0η định hướng tương ứng với mặt phẳng góc mặt vng góc với mặt phẳng góc Các hệ số hai hệ trục tọa độ, cịn hệ số đặc trưng khí động cịn lại quy đổi sau: ⟩ (2.8) Trong trường hợp ta xét hệ số hàm riêng tham số Ta gọi hàm Với giá trị cố định góc tổng , hàm hàm đơn trị có tính chất chu kỳ theo góc Khi hàm triển khai dạng: ∑ , k=0,1,2,…; (2.9) Trường hợp tổng qt, tên lửa có cấu hình đối xứng trục theo bậc n Khi ta có: ( ); (2.11) Từ công thức (2.11) ta thấy rằng, công thức (2.8) trường hợp riêng k/n số nguyên, thành phần lại Triển khai công thức (2.9) nhận , k = 0,1, ̅ ; )=∑ |( (2.12) , k = 0,1, ̅ ; )=∑ |( Chuyển hệ trục tọa độ trụ 0xζη hệ trục tọa độ liên kết Oxyz Từ cơng thức (2.8) ta có ∑ [∑ ; [∑ ̃ ] [∑ ] ∑ ; [∑ ̃ ] ] (2.14) [∑ ̃ ] [∑ ] [∑ ] [∑ ̃ ] k = 0,1, ̅ ; Công thức (2.14) với tất dạng “cấu hình-δ” góc φ tính từ mặt phẳng đối xứng gương 11 2.3.2 Xây dựng mơ hình tốn + Vận tốc: Mô với giải vận tốc từ 200 đến 700 [m/s]; + Hệ trục tọa độ liên kết OX1Y1Z1 có gốc O mũi tên lửa; + Vị trí tâm áp tính từ mũi tên lửa; Đặc tính lưới thiết lập sau: - Hàm kích thước lựa chọn Proximity and Curvature tham số Relevance Center Fine để đảm bảo độ mịn lưới, ngồi cịn phù hợp cho việc mơ đặc tính dịng âm; - Thiết lập kích thước mắt lưới nhỏ 0.1mm; - Thiết lâp kích thước mắt lưới lớn 10 mm; - Thuộc tính Inflation chia lớp với tỷ lệ tăng lớp 1.2, lớp sát độ dày 1mm; - Đặc tính lưới tính tốn chuyển đổi dạng lưới hình hộp phương pháp chia quy đổi: Hex Dominant Method; 2.3.2 Ứng dụng kết mô ANSYS, xác định hệ số lực cản mơ men xoắn dịng TLPKTT kiểu I Với góc lật cánh biết Giả sử với đối tượng tính tốn TLPKTT kiểu I ta có: , 0.6670 Khi ( ) giá trị số đó, nên ta quy gộp với thành thành phần số khơng chứa biến Do đó: cơng thức 2.22 rút gọn thành: √ ; (2.32) Công thức 2.29 rút gọn thành: ̅̅̅̅ [̅̅̅̅ ] ) ( ̅̅̅̅̅; ( ) (2.33) 12 Sử dụng phần mềm mơ khí động ANSYS.CFX, xác định giá trị cụ thể điểm cụ thể (V, ) Phương trình 2.32 có tất ẩn số hệ số , , Mô điểm cụ thể (V, ), kết nhận điều kiện đầu vào để giải hệ phương trình bậc ẩn Kết đạt sau: Bảng 2.1 Hệ số V (M) 2.028986 1.884058 1.73913 1.594203 1.449275 1.304348 1.15942 1.014493 0.869565 0.724638 0.57971 , , Cx0 0.754746453 0.78535579 0.815965128 0.856552247 0.897139365 0.901238123 0.955451775 0.854733944 0.754016113 0.653298282 0.552580451 0.00534 0.024203 0.043066 0.068002 0.092938 0.108359 0.123779 0.052667 0.004082 -0.05577 -0.11562 0.007623 -0.00467 -0.01697 -0.03354 -0.05012 -0.06115 -0.07217 -0.02971 0.00604 0.045148 0.084255 Với cách tính tốn tương tự ta có kết hệ số phương trình (2.29), tính mơ men Mx cho đối tượng TLPKTT kiểu I: V (m/s) 0.579 0.7246 0.8695 1.0144 1.159 1.3043 1.4492 1.5942 1.739 1.8840 2.0289 ̅̅̅̅ -0.2717 -0.2855 -0.2715 -0.2689 -0.1510 0.02783 0.09896 0.23922 0.39199 0.52791 0.65152 ̅̅̅̅̅ -0.003136 -0.002472 -0.001807 -0.001748 -0.000478 -0.001613 -0.002749 -0.00209 -0.001432 0.000775 0.002982 0.00021 0.000165 0.00012 0.000121 0.000031 0.000106 0.00018 0.000136 0.000091 -0.000056 -0.000203 -0.000062 -0.000048 -0.000034 -0.00003 -0.000031 -0.000055 -0.00004 -0.000026 0.000023 0.000071 0.000043 0.000034 0.000024 0.000025 0 0.000036 0.000026 0 -0.000046 13 2.4 Kết luận chƣơng Chương II xây dựng mơ hình tốn dùng cho đối tượng TLPKTT điều khiển kênh có tính quay Chuyển đổi khái niệm góc tấn, góc trượt cạnh thơng thường toán tọa độ cực ( ) Xây dựng công thức tổng quát xác định hệ số cho đối tượng TLPKTT nói chung tính riêng cho TLPKTT kiểu I Đây kết nghiên cứu mới, ứng dụng cho việc khảo sát đặc trưng khí động tên lửa kênh, có tượng “đan kênh” Đã xây dựng phương án mô sử dụng phần mềm ANSYS.CFX để xác định đặc trưng khí động điều kiện xác định đặc trưng dòng chảy bao (vận tốc dịng, nhiệt độ, góc tạo thành với trục dọc TBB) Ứng dụng kết mô cho đối tượng TLPKTT kiểu I để xác định hệ số phương trình tính cho tên lửa CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG TLPKTT BẰNG XỬ LÝ SỐ LIỆU BẮN THỰC NGHIỆM VÀ THUẬT TOÁN HIỆU CHỈNH SỐ LIỆU 3.1 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp xác định hệ số khí động TLPKTT kiểu I xử lý kết đo đạc bắn thực nghiệm 3.1.1 Nguyên lý Với vật thể có hình dạng, kích thước đặc tính khối lượng xác định, điều kiện khí tượng quán phóng với vận tốc ban đầu góc phóng xác định (giả thiết tốn bắn khơng có mục tiêu mục tiêu có quỹ đạo cố định) đặc tính quỹ đạo bay hồn tồn xác định Từ suy đo tham số quỹ đạo ta tính tốn ngược lại để xác định tham số khí động tương ứng Bài toán gọi toán ngược hay tốn nhận dạng tham số khí động vật thể bay không gian 14 3.1.2 Mơ hình tốn xây dựng phần mềm tính tốn tham số khí động qua số liệu thử nghiệm Mục đích q trình phân tích, xử lý liệu từ thử nghiệm đo tham số quỹ đạo xác định lực mô men khí động tác dụng lên tên lửa mơ hình bay quỹ đạo Các lực mô men khí động tên lửa: X a ,Ya , Za , M x , M y , M z hệ số khí động thành phần cho dạng (3.1) - (3.6): V2 X a  Cx  A1.  A2    A3    S (3.1) V2 Ya  C y  C y   C y    S (3.2) V2 Z a  Cz   Cz H  H   S (3.3) M x  [mx   mx H  H  mx E  E      V S b a   mx  +   H  mx x x  mx y  y    H  M y  [my   my H  H  my x x  +  mx  mx      B      B (3.4) (3.5) V2  my  y  my   my H  H ]. Sba y V M z   mz  mz   mz   mz z z  mz   mz    Sba (3.6) Các lực mơ men khí động với liệu, điều kiện ban đầu trạng thái tên lửa mơ hình thơng tin quan trọng, đầu vào cho việc xác định hệ số khí động 15 3.1.3 Trình tự tính tốn Số liệu vào t0  0,0 , ,  , x0  0, y0  0, z0  0,V0  axm [i ], a ym [i ], azm [i ], xm [i ],  ym [i ], zm [i], t Tính góc  i , i ,  i  Tính giá trị gia tốc ax [i], ay [i], az [i] 1 hệ tọa độ liên kết Ox1y1z1 Tính quỹ đạo, vận tốc, gia tốc hệ tọa độ mặt đất Ox0y0z0 x0[i], y0[i], z0[i], vx0 [i], vy0 [i], vz0 [i],V0[i], ax0 [i], a y0 [i], az0 [i] Xác định góc định hướng véctơ vận tốc V0 [i ]  [i]  arcsin(vy0 [i] V0[i]) ,  [i]  arccos vx0 [i] V0[i] cos [i]  Giải hệ phương trình siêu việt (3.19) – (3.21), tính góc [i] ,  [i]  a [i ] t[i], i  n X a [i],Ya [i], Za [i], M x[i], M y [i], M z [i] Lựa chọn thời điểm tính tốn Tính Tính hệ số khí động Cx , A1, A2 , A3 , mz , mz , mz , mz , mz , mz z 16 3.2 Ứng dụng xác định số tham số khí động cho TLPKTT kiểu I Qua kết mơ nhận Matlab Simulink ta rút nhận xét sau: - Về bản, mơ hình mơ động lực học vịng điều khiển tên lửa kênh xây dựng mô tả tính chất động học động lực học tên lửa - Khi tiến hành so sánh kết mô việc sử dụng tham số khí động tính tốn sơ với số liệu tham số khí động nhận dạng, ta nhận thấy kết có khác nhau, thể sai số điểm gặp mục tiêu thời điểm cuối Ngun nhân mơ hình tốn mà nội dung đưa chưa mô tả hết đặc trưng liên kết số liệu giai đoạn tính tốn sơ bộ, hay nói cách khác, q trình tính tốn nhận dạng tham số khí động mục 3.3.2 có sai số, thể bảng đây: Bảng 3.6 Đánh giá kết nhận dạng số tham số khí động tên lửa: Cx  f  ,  ,  C y  f  ,  ,   Cz  f  ,  ,  MSE BestFit (%) MSE BestFit (%) 200 3.704e-05 94.5587 0.0041 96.4030 0.004 96.2717 350 1.1474e-04 91.5397 0.0085 96.0811 0.0376 93.9968 400 9.3081e-05 91.4584 0.003 97.1134 0.0051 96.0887 500 9.0289e-05 91.4207 0.0027 96.9708 0.0045 96.059 600 1.1692e-04 90.3934 0.0028 96.4407 0.0041 95.9436 700 1.7983e-04 89.5893 0.0025 96.2646 0.0038 95.8480 V [m/s] MSE BestFit (%) 17 3.4 Kết luận chƣơng Trong chương 3, luận văn tiến hành thiết lập cơng cụ tính tốn mơ ANSYS CFX để tính lực mơ men khí động mơ hình đạn tên lửa kênh kiểu Igla Các kết sau trích xuất từ phần mềm CFX xử lý sơ tính tốn tham số khí động thành phần nhờ phương pháp nhận dạng hồi quy liên tiếp Các tham số khí động sau tính tốn, nhận dạng đưa vào mơ hình tốn học chuyển động tên lửa để tiến hành mô động lực học vịng điều khiển tên lửa Các kết mơ Matlab Simulink cho thấy tham số khí động tính tốn thể đặc trưng khí động học tên lửa Đồng thời, dựa vào hệ số khí động tính tốn, nội dung chương tiến hành kiểm tra lại quy trình tính tốn, xử lý liệu thực nghiệm trình bày Qua tính khả thi vấn đề gặp phải tính tốn phương pháp giải 18 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ HÌNH DẠNG TỚI BỘ HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG CỦA TLPKTT KIỂU I Nội dung chương này, NCS nghiên cứu ảnh hưởng số tham số hình dạng đến hệ số đặc trưng khí động TLPKTT kiểu I Đánh giá tập trung vào hệ số cản diện hệ số mơ men xoắn 4.1 Một số tham số hình dạng ảnh hƣởng đến hệ số lực cản Kết mô định tính trường hợp sau: a) b) c) d) Hình 4.10 Phân bố nhiệt độ với trường hợp TKĐ có độ dài khác a) TKĐ dài 166 (mm); b) TKĐ dài 91 (mm); c) TKĐ dài 40 (mm); d) TKĐ dài 36 (mm) Trường hợp TKĐ kéo dài 166 mm (trường hợp hình 4.10.a), xảy tượng sóng xung kích bị kẽo giãn Vị trí đầu tự dẫn nằm ngồi ảnh hưởng chóp khí động, độ dài TKĐ thu 19 ngắn lại vùng bị kéo giãn giảm dần Trường hợp 4.10.b cho thấy đầu tự dẫn bắt đầu nằm vùng ảnh hưởng sóng giãn hình thành từ chóp TKĐ Hiện tượng phù hợp với kết thổi thực nghiệm mơ hình đạn có gắn TKĐ với độ dài khác ống khí động: Hình 4.11 Bức tranh dịng chảy bao quanh TKĐ với độ dài khác nhau: a) Sóng xung kích bị kéo giãn; b) Sóng xung kích khơng bị kéo dãn Trường hợp TKĐ dài 40 (mm) (hình 4.10.b), đầu tự dẫn nằm khu vực sóng giãn, TKĐ rút ngắn xuống cịn 36 (mm) < bắt đầu xảy q trình sóng xung kích xiên chạy thẳng vào đầu tự dẫn (hình 4.10.d) Kết mô định lượng xác định hệ số đặc trưng lực cản diện với khí động có độ dài khác nhau: Hình 4.12 Đồ thị phụ thuộc hệ số đặc trưng lực cản diện Cx 20 Kết từ hình 4.12 cho thấy thay đổi độ dài TKĐ có ảnh hưởng rõ rệt tới hệ số đặc trưng Cx Đặc biệt độ dài V2 < 46 (mm) Cx tăng lớn, cụ thể điểm khảo sát V2 = 46; 41; 36 (mm) hệ số Cx tăng so với thiết kế (V2=61mm) tương ứng 5.496715015%; 17.12453% 25.7661% Khi kéo dài TKĐ, với V2 > 101 (mm) Cx tăng từ 10% đến 23% Quá trình tăng khơng mạnh mẽ trường hợp thu ngắn độ dài TKĐ Như ta kết luận tham số độ dài TKĐ có ảnh hưởng lớn tới hệ số đặc trưng Cx trường hợp: V2 < 46 (mm) V2 > 101 (mm) Chúng gây tăng sức cản diện, độ dài phù hợp đối tượng TLPKTT kiểu I V2 nằm khoảng từ 56÷96 (mm) Khi Cx đạt giá trị nhỏ 4.2 Các tham số hình dạng ảnh hƣởng đến hệ số mơ men xoắn Hình 4.22 Đồ thị vận tốc góc ứng với vận tốc góc quay ban đầu khác Ở trường hợp này, với giá trị đầu vào sau quãng thời gian đạn nhanh chóng ổn định vận tốc góc =124 (rad/s)=20 (vịng/s) (đúng với tham số thiết kế TLPKTT kiểu I) Điều vận tốc góc tăng lên góc nghiêng dịng 21 vào cánh phá ổn định cánh ổn định giảm lượng tương ứng nên mô men lực dọc trục gây cánh giảm dẫn đến làm đạn quay chậm lại trở vận tốc góc ổn định ban đầu Trường hợp tương tự xảy vận tốc góc giảm Như với vận tốc bay hành trình V = 570m/s góc lật cánh thiết kế ban đầu có yếu tố ngoại vi tác động gây biến đổi tốc độ quay đạn xuất số gia mơ men có vai trị chống lại thay đổi đó, giúp đạn ln ổn định vận tốc quay theo yêu cầu kỹ thuật Mơ men lực gọi « mô men giảm chấn » 4.5 Kết luận chƣơng Những kết đạt chương cụ thể : - Chứng minh thay đổi số bước ren TKĐ ảnh hưởng trực tiếp tới hệ số lực cản diện đạn Tuy nhiên tăng số bước ren lên hệ số Cx gần không thay đổi, chiều ngược lại gây nên biến đổi rõ rệt - Ảnh hưởng cánh ổn định tới vận tốc góc quay dọc trục tên lửa lớn nhiều so với cánh phá ổn định Có thể nói cánh phá ổn định có vai trị việc tạo quay ổn định vận tốc góc quay Cánh phá ổn định có vai trị chủ yếu giảm độ dự trữ ổn định tĩnh đạn nhằm mục đích tăng tính động tên lửa nhờ hiệu dịch chuyển vị trí tâm áp phía đầu mũi đạn, song song với góp phần tạo mơ men «giảm chấn» tượng nghiêng dòng qua cánh phá ổn định, giúp ổn định vận tốc góc quay đạn - Đối với TLPKTT kiểu điều khiển kênh Mỗi chi tiết thiết kế đó, thường dẫn đến ảnh hưởng phụ tượng đan kênh Do đó, có chi tiết tạo nên hiệu mặt lại đem đến tác động không mong muốn lên mặt khác Nên 22 tổng cơng trình sư phải có tư thiết kế hệ thống để đặt chi tiết tổng thể hài hòa hiệu Như vậy, kết nghiên cứu chương ta thấy ảnh hưởng lớn tham số hình dạng đến hệ số khí động, từ dẫn đến ảnh hưởng đến chất lượng khí động đạn Từ khảo sát này, đưa nhận định hình dạng tối ưu cho đối tượng Qua khảo sát số trường hợp điển hình, thấy kết nghiên cứu phù hợp với lơ gíc chất vật lý trình thiết kế hệ thống Điều cho thấy kết nghiên cứu đạt chương I, II, III mơ hình tốn xây dựng đắn, có tính ứng dụng Có thể sử dụng cho nghiên cứu, khảo sát thử nghiệm tham số thiết kế, chế tạo nghiên cứu chuyên sâu công tác giảng dạy đối tượng TLPKTT KẾT LUẬN Những kết đạt đƣợc Xây dựng mơ hình tốn cho đối tượng TLPK kiểu kênh, tính tốn xác định hệ số khí động cụ thể cho tên lửa PKTT kiểu I: - Xây dựng mơ hình tốn dùng cho đối tượng TLPKTT điều khiển kênh có tính quay Chuyển đổi khái niệm góc tấn, góc trượt cạnh thơng thường tốn tọa độ cực ( ) - Xây dựng công thức tổng quát xác định hệ số cho đối tượng TLPKTT nói chung tính riêng cho TLPKTT kiểu I Đây kết nghiên cứu mới, ứng dụng cho việc khảo sát đặc trưng khí động tên lửa kênh, có tượng “đan kênh” - Đã xây dựng phương án mô sử dụng phần mềm ANSYS.CFX để xác định đặc trưng khí động điều kiện xác định đặc trưng dòng chảy bao (vận tốc dịng, nhiệt độ, góc tạo thành với trục dọc TBB) Ứng dụng kết mô cho đối tượng TLPKTT kiểu I để xác định hệ số phương trình tính 23 cho tên lửa Luận án tiến hành thiết lập công cụ tính tốn mơ ANSYS CFX để tính lực mơ men khí động mơ hình đạn tên lửa kênh kiểu I Các kết sau trích xuất từ phần mềm CFX xử lý sơ tính tốn tham số khí động thành phần nhờ phương pháp nhận dạng hồi quy liên tiếp Các tham số khí động sau tính tốn, nhận dạng đưa vào mơ hình tốn học chuyển động tên lửa để tiến hành mô động lực học vòng điều khiển tên lửa Các kết mô Matlab Simulink cho thấy tham số khí động tính tốn thể đặc trưng khí động học tên lửa Đồng thời, dựa vào hệ số khí động tính tốn, nội dung chương tiến hành kiểm tra lại quy trình tính tốn, xử lý liệu thực nghiệm Qua tính khả thi vấn đề gặp phải tính tốn phương pháp giải Các đánh giá ảnh hưởng tham số hình dạng có kết sau: a Chỉ ảnh hưởng bước ren tới hệ số lực cản diện đạn: - Số bước ren có ảnh hưởng đến hệ số lực cản diện Cx, việc biến sóng xung kích thành sóng xung kích xiên ; - Tăng số bước ren tác động đến Cx so với trường hợp giảm số bước ren; - Trong thiết kế tối ưu TKĐ với số bước ren 16, 17, 18 (tối ưu tiêu chí giảm lực cản diện) b Đánh giá ảnh hưởng tham số hình dạng đến mơ men xoắn: Cánh phá ổn định có vai trị chủ yếu giảm độ dự trữ ổn định 24 tĩnh đạn để tăng tính động tên lửa việc dịch chuyển vị trí tâm áp phía đầu mũi đạn, song song với góp phần tạo mơ men « giảm chấn » tượng nghiêng dòng qua cánh phá ổn định, giúp ổn định vận tốc góc quay đạn Đối với TLPKTT kiểu điều khiển kênh Mỗi chi tiết thiết kế thường dẫn có ảnh hưởng phụ khác tượng đan kênh Do đó, có chi tiết tạo nên hiệu mặt lại đem đến tác động không mong muốn lên mặt khác Nên tổng cơng trình sư phải có tư thiết kế hệ thống để đặt chi tiết tổng thể hài hịa hiệu Những đóng góp luận án Xây dựng mơ hình tính cho phép tính tốn xác định hệ số khí động tên lửa phịng khơng tầm thấp điều khiển kênh có tính đan xen kênh; Xác định hệ số lực cản diện Cx, hệ số mô men xoắn mx đối tượng cụ thể tên lửa phịng khơng tầm thấp; Đánh giá ảnh hưởng tham số hình dạng tới hệ số khí động tên lửa phịng khơng tầm thấp Hƣớng nghiên cứu Nghiên cứu, phân tích tốn khử nhiễu thiết bị đo đạc quỹ đạo thực nghiệm bắn TLPKTT kiểu I; Nghiên cứu phân tích nâng cao chất lượng chia lưới cài đặt đặc tính dịng chảy bao sát với điều kiện thực tế thử nghiệm; Nghiên cứu tối ưu thiết kế cánh lái, cánh phá ổn định cánh ổn định tên lửa DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Trần Phú Hoành, Nguyễn Thành Trung, Nguyễn Anh Tuấn, Nghiên cứu vai trị khí động thiết kế tên lửa phịng khơng tầm thấp Igla sở phần mềm mơ khí động học Ansys Tạp chí Hội nghị học thủy khí lần thứ XX, 7-2017, tr 328-334; Nguyễn Thành Trung, Nguyễn Hải Nam, Dương Văn Thạch, Trần Phú Hồnh, Tính tốn ảnh hưởng cánh phá ổn định đến đặc trưng khí động tên lửa Igla Tạp chí Hội nghị học toàn quốc lần thứ X; 12-2017, tr 339-342; Nguyễn Văn Chúc, Nguyễn Văn Sơn, Trần Phú Hoành, Phương pháp xác định hệ số lệnh tên lửa điều khiển kênh; Tạp chí nghiên cứu Khoa học Cơng nghệ Quân sự, số 45, 10-2016, tr 03-05; Nguyễn Văn Chúc, Phan Văn Chương, Trần Mạnh Tuân, Lê Quang Thương, Trần Phú Hoành, Lê Đức Hạnh, Nghiên cứu phối trí khí động phục vụ tính tốn cải tiến, thiết kế tên lửa điều khiển kênh tầm gần, Tạp chí nghiên cứu Khoa học Cơng nghệ Qn sự, số 61, 6-2019, Hà nội, tr 11-18 ... NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ HÌNH DẠNG TỚI BỘ HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG CỦA TLPKTT KIỂU I Nội dung chương này, NCS nghiên cứu ảnh hưởng số tham số hình dạng đến hệ số đặc trưng khí động TLPKTT... Đánh giá ảnh hưởng tham số hình dạng khí động (góc cơn, bước ren, đường kính chiều dài khí động) đến hệ số lực cản Cx; - Đánh giá ảnh hưởng tham số hình dạng phối trí khí động cánh tên lửa (cánh... tiến hành đánh giá số tham số hình dạng để thấy ảnh hưởng chúng lên hai hệ số khí động học hệ số lực cản Cx, hệ số mô men xoắn mx Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Các vấn đề nghiên cứu, giải luận án