(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số hình dạng đến hệ số khí động học của tên lửa phòng không tầm thấp

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHỊNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ TRẦN PHÚ HOÀNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ HÌNH DẠNG ĐẾN HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG HỌC CỦA TÊN LỬA PHỊNG KHƠNG TẦM THẤP Chuy n ng nh: M số: Cơ kỹ thuật 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN VĂN CHÚC TS NGUYỄN VĂN SƠN HÀ NỘI – 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan l cơng trình nghi n cứu dƣới hƣớng dẫn PGS TS Nguyễn Văn Chúc, TS Nguyễn Văn Sơn Các số liệu, kết đƣợc trình b y luận án l trung thực v chƣa đƣợc công bố cơng trình khoa học n o khác, liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ Tác giả luận án Trần Phú Hoành LỜI CẢM ƠN Trong q trình l m luận án, tơi đ nhận đƣợc bảo v giúp đỡ tận trình tập thể giáo vi n hƣớng dẫn, chuy n gia, nh khoa học, nhƣ đồng nghiệp v ngo i đơn vị phụ trách nghi n cứu sinh (NCS) NCS b y tỏ biết ơn sâu sắc tới tập thể cán giáo vi n hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Chúc, TS Nguyễn Văn Sơn, nhà khoa học v đồng nghiệp đ trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình bảo, tạo điều kiện tốt để tơi ho n th nh đƣợc luận án n y NCS xin chân th nh cảm ơn l nh đạo Viện KH-CNQS, thủ trƣởng v cán bộ, nhân vi n Phòng Đ o tạo/ Viện KH-CNQS; Thủ trƣởng v cán phụ trách đ o tạo Viện T n lửa đ giúp đỡ tơi suốt q trình học tập v l m luận án NCS chân th nh cảm ơn Phòng Thiết kế hệ thống/ Viện T n lửa nơi tơi học tập v cơng tác đ tận tình giúp đỡ tơi q trình thực luận án NCS chân th nh cảm ơn Nh khoa học đ cho luận án ý kiến đóng góp quý báu Xin chân th nh cảm ơn gia đình, bạn bè v đồng nghiệp đ động vi n, chia sẻ v giúp đỡ vƣơn l n ho n th nh nhiệm vụ học tập v cơng trình luận án n y MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii DANH MỤC CÁC BẢNG xi MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM PHỐI TRÍ, KHÍ ĐỘNG LỚP TÊN LỬA PHỊNG KHƠNG TẦM THẤP 1.1 Tổng quan tên lửa phịng khơng tầm thấp 1.2 Đặc điểm khí động TLPKTT nói chung TLPKTT kiểu I nói riêng 12 1.3 Vấn đề xác định hệ số khí động học lớp TLPKTT nói chung tên lửa TLPKTT kiểu I nói riêng 15 1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới 15 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 22 1.4 Kết luận chƣơng 24 CHƢƠNG MƠ HÌNH KHÍ ĐỘNG TÍNH TỐN LỰC VÀ MƠ MEN CỦA TÊN LỬA CĨ TÍNH ĐỐI XỨNG 26 2.1 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp xác định hệ số khí động lớp tên lửa quay quanh trục dọc 27 2.1.1 Hệ số lực nâng 27 2.1.2 Hệ số lực cản diện 28 2.1.3 Hệ số mô men lắc ngang 28 2.1.4 Hệ số mô men xoắn 29 2.2 Xây dựng mơ hình tính tốn lực v mơ men khí động TLPKTT 29 2.2.1 Chuyển từ hệ tọa độ liên kết sang hệ trục tọa độ trụ 31 2.2.2 Các hệ số khí động chịu ảnh hƣởng góc lệch cánh lái 2.2.3 Tính hệ số khí động 36 cho TLPKTT kiểu I 38 2.3 Phƣơng pháp sử dụng phần mềm mơ khí động học ANSYS.CFX 40 2.3.1 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp 40 2.3.2 Xây dựng mơ hình tính kết đạt đƣợc 44 2.3.3 Sử dụng phần mềm ANSYS.CFX cho đối tƣợng TLPKTT kiểu I 48 2.4 Ứng dụng kết mô ANSYS, xác định hệ số phƣơng trình tính dòng TLPKTT kiểu I 53 2.4.1 Xác định hệ số phƣơng trình 53 2.4.2 Xác định hệ số phƣơng trình 55 2.5 Kết luận chƣơng 60 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 61 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 62 3.1.1 Nguy n lý 62 3.1.2 Đối tƣợng thử nghiệm 62 3.1.3 Thiết bị đo phục vụ thử nghiệm 63 3.1.4 Các yêu cầu thử nghiệm 64 3.2 Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo tham số quỹ đạo phục vụ thử nghiệm 64 3.2.1 Điều kiện thử nghiệm 64 3.2.2 Mơ hình tốn xây dựng phần mềm tính tốn tham số khí động qua số liệu thử nghiệm 65 3.2.3 Trình tự tính tốn 66 3.2.4 Những vấn đề cần lƣu ý thử nghiệm 75 3.3 Ứng dụng xác định số tham số khí động cho TLPKTT kiểu I 76 3.3.1 Xử lý kết nhận dựa mơ hình tốn dành cho tên lửa kênh kết hợp với sử dụng phần mô ANSYS.CFX 77 3.3.2 Nhận dạng hệ số 79 3.4 Mơ động lực học vịng điều khiển tr n sở tham số khí động đ tính toán 83 3.4.1 Mơ hình tốn học chuyển động tên lửa 83 3.4.2 Mơ hình tốn học chuyển động mục tiêu 85 3.4.3 Các giả thiết tiến hành mô 87 3.4.4 Các tham số đầu vào 88 3.4.5 Triển khai mơ hình tốn học cơng cụ Matlab-Simulink 89 3.4.6 Kết mô 96 3.4.7 Nhận xét kết mô 103 3.5 Kiểm tra quy trình tính tốn xử lý liệu thực nghiệm 104 3.6 Kết luận chƣơng 108 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ HÌNH DẠNG TỚI BỘ HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG CỦA TLPKTT KIỂU I 109 4.1 Một số tham số hình dạng ảnh hƣởng đến hệ số lực cản diện 109 4.1.1 Đánh giá ảnh hƣởng tham số độ d i TKĐ tới hệ số đặc trƣng lực cản diện Cx 111 4.1.2 Đánh giá khả giảm lực cản diện TKĐ góc khác 120 4.1.3 Đánh giá ảnh hƣởng tham số ―số vòng ren‖ TKĐ tới Cx 121 4.2 Các tham số hình dạng ảnh hƣởng đến hệ số mô men xoắn 128 4.3 Kết luận chƣơng 138 KẾT LUẬN 139 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO 143 PHỤ LỤC 149 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu Hệ số lực cản diện Hệ số lực cản góc góc lệch cánh lái Hệ số lực cản cảm ứng Hệ số lực nâng Hệ số lực trƣợt cạnh Jx, Jy, Jz Mô men quán tính theo trục tên lửa L Chiều d i đặc trƣng tên lửa m Khối lƣợng tên lửa [kg] Hệ số mô men xoắn Hệ số mô men lắc ngang P Lực đẩy động [N] q Áp suất động S Diện tích đặc trƣng tên lửa Lực cản diện Lực nâng Lực trƣợt cạnh Góc tổng , , Các vận tốc góc hệ tọa độ liên kết Góc kren khí động Các chữ viết tắt ASU Hệ thống điều khiển tự động hóa MPADS Hệ thống tên lửa phịng khơng cá nhân PPXRR Phƣơng pháp xoáy rời rạc TBB Thiết bị bay TLPKTT Tên lửa phịng khơng tầm thấp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Hệ thống Verba Hình 1.2 Hệ thống Stinger Hình 1.3 Hệ thống Mistral 10 Hình 1.4 Hệ thống Grom 11 Hình 1.5 Tên lửa phịng khơng tầm thấp kiểu I 96 -27.8645 140.167 42 350 296.707 -5 241.656 -170.598 -58.5289 1.20623 -46.321 269.393 43 350 297.045 -7.5 222.099 -365.041 -83.6507 1.26124 -70.4393 432.123 44 350 297.246 -10 206.796 -595.912 -106.628 1.394 -93.8318 635.263 45 350 298.991 247.558 152.955 -83.008 0.588364 -71.2565 11.4739 46 350 298.03 2.5 250.197 170.715 -181.52 -0.08666 -154.764 -13.9784 47 350 297.256 253.893 226.025 -355.848 -0.85237 -304.413 -91.6701 48 350 297.357 7.5 248.702 292.687 -551.566 -0.69321 -479.259 -184.059 49 350 297.499 10 245.854 322.123 -764.914 0.297694 -678.629 -228.377 50 350 305.873 -1 248.168 149.241 51.8711 1.59021 43.3789 14.8943 51 350 296.672 -2.5 249.948 160.699 157.426 2.32042 135.62 -2.29549 52 350 298.535 -5 253.899 198.868 345.129 3.22645 300.401 -54.4189 53 350 297.5 -7.5 251.186 249.049 549.131 3.27096 480.533 -114.218 54 350 297.591 -10 246.439 284.743 772.524 2.512 683.802 -147.832 55 350 302.352 2.5 2.5 255.888 346.442 -126.613 0.240797 -96.7193 -167.671 56 350 297.489 5 268.025 589.832 -284.111 1.02456 -245.279 -421.748 57 350 297.805 7.5 7.5 264.56 801.924 -550.339 2.02893 -527.739 -635.229 58 350 297.639 2.5 -2.5 255.879 333.999 145.642 1.97264 106.854 -152.327 59 350 297.662 -5 267.738 578.743 339.59 1.66599 271.564 -405.988 60 350 298.167 7.5 -7.5 265.343 815.516 608.046 0.926247 530.831 -649.974 61 350 297.078 -2.5 2.5 248.244 15.8045 -234.471 0.359603 -209.407 112.26 62 350 297.358 -5 233.593 -132.833 -477.43 0.794851 -433.816 231.502 63 350 297.474 -7.5 7.5 218.661 -375.594 -714.058 1.62051 -648.134 471.4 64 350 296.546 -2.5 -2.5 247.669 5.45164 171.687 2.03606 165.302 123.265 65 350 297.172 -5 -5 234.072 -143.831 403.867 1.90523 394.046 241.128 66 350 297.558 -7.5 -7.5 217.533 -359.857 658.215 1.36772 644.203 447.318 67 400 386.929 0 369.692 174.522 -14.6879 1.16676 -15.3674 17.6418 68 400 386.95 371.124 257.734 -5.80412 1.13213 -8.71399 -51.8381 69 400 387.01 2.5 379.439 391.917 10.132 1.10804 4.33333 -170.044 70 400 387.156 398.493 634.481 48.4193 1.14247 40.5502 -393.933 71 400 387.353 7.5 413.376 899.577 95.5715 1.37569 87.1403 -646.807 72 400 387.587 10 410.882 1184.3 137.278 1.67671 125.926 -923.866 73 400 386.911 -1 367.712 94.7571 -23.0803 1.20398 -20.6089 82.4609 74 400 386.907 -2.5 368.732 -24.6115 -34.5771 1.24519 -27.6018 177.844 75 400 386.939 -5 365.942 -239.298 -59.0946 1.31346 -47.5785 351.13 154 76 400 387.012 -7.5 348.859 -492.387 -90.2673 1.456 -78.5635 565.324 77 400 387.16 -10 329.592 -783.861 -116.39 1.74445 -106.187 820.597 78 400 386.932 370.022 179.67 -98.0609 0.590691 -86.5816 11.8847 79 400 386.959 2.5 374.517 199.353 -222.22 -0.21832 -192.276 -16.5672 80 400 387.046 382.823 262.895 -443.829 -1.11619 -385.258 -108.084 81 400 387.184 7.5 383.796 339.906 -698.003 -0.89425 -615.489 -217.237 82 400 387.387 10 377.705 380.556 -982.206 0.207226 -878.987 -273.151 83 400 386.931 -1 368.884 176.147 70.3287 1.7317 58.6588 14.1168 84 400 386.957 -2.5 373.029 187.529 202.207 2.57161 175.21 -5.35878 85 400 387.049 -5 381.623 225.233 436.398 3.62017 384.456 -61.6657 86 400 387.196 -7.5 385.07 272.924 696.203 3.74553 618.605 -122.151 87 400 387.395 -10 376.163 302.85 981.373 3.06692 879.344 -149.452 88 400 387.035 2.5 2.5 383.676 423.556 -163.77 0.18146 -129.095 -213.757 89 400 387.27 5 405.196 727.078 -383.563 1.06567 -340.859 -528.385 90 400 387.61 7.5 7.5 403.78 993.698 -722.171 1.95951 -694.412 -789.341 91 400 387.04 2.5 -2.5 383.289 410.399 186.678 2.16782 141.165 -200.364 92 400 387.283 -5 403.624 720.126 434.952 1.81768 358.518 -523.826 93 400 387.642 7.5 -7.5 402.266 1012.33 775.945 1.00641 683.439 -820.321 94 400 386.944 -2.5 2.5 373.15 -3.26247 -280.676 0.278507 -254.666 152.721 95 400 387.067 -5 363.773 -209.158 -579.211 0.690629 -532.059 325.317 96 400 387.325 -7.5 7.5 344.739 -513.644 -870.053 1.56726 -788.633 618.628 97 400 386.938 -2.5 -2.5 371.377 -12.6757 225.167 2.20267 216.559 158.782 98 400 387.049 -5 -5 367.574 -215.545 519.815 1.93118 509.903 321.531 99 400 387.275 -7.5 -7.5 343.305 -494.508 821.068 1.21017 801.737 577.438 100 500 603.817 0 541.708 249.395 -13.6312 1.56785 -14.181 2.91733 101 500 603.853 549.611 374.959 -3.62286 1.49298 -6.9092 -97.1528 102 500 603.937 2.5 568.76 571.092 12.9233 1.44866 6.29229 -261.802 103 500 604.127 608.586 930.592 51.4017 1.62927 42.8727 -591.152 104 500 604.374 7.5 648.666 1334.43 97.1856 2.16256 87.604 -985.548 105 500 604.632 10 660.621 1762.25 128.629 2.81351 115.181 -1396.76 106 500 603.8 -1 541.763 124.493 -23.6014 1.6498 -21.4018 100.802 107 500 603.802 -2.5 545.868 -65.2693 -38.0894 1.75929 -31.5656 250.948 108 500 603.868 -5 556.412 -410.212 -63.989 1.98571 -53.8226 534.328 109 500 604.003 -7.5 558.678 -808.536 -94.8804 2.27023 -81.9502 877.027 110 500 604.181 -10 540.563 -1253.27 -113.018 2.7959 -98.7686 1262.41 111 500 603.826 546.115 254.956 -137.283 0.805323 -117.456 -4.75428 112 500 603.869 2.5 558.101 278.189 -323.801 -0.33568 -275.108 -41.3463 113 500 603.995 584.169 341.491 -658.922 -1.65832 -572.29 -143.352 114 500 604.185 7.5 609.101 402.688 -1047.71 -1.21219 -932.014 -243.95 115 500 604.402 10 608.669 431.386 -1476.32 0.602296 -1325.92 -289.411 116 500 603.826 -1 545.783 251.447 111.724 2.30819 91.2339 -1.5675 117 500 603.87 -2.5 558.01 266.662 305.644 3.45908 259.631 -27.555 118 500 604.004 -5 582.276 308.175 655.941 5.14745 575.743 -96.019 119 500 604.2 -7.5 607.208 355.067 1048.25 5.64715 936.162 -161.794 ... CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ HÌNH DẠNG TỚI BỘ HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG CỦA TLPKTT KIỂU I 109 4.1 Một số tham số hình dạng ảnh hƣởng đến hệ số lực cản diện 109 4.1.1 Đánh giá ảnh hƣởng tham. .. 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 Chuy n ng nh: M số: Cơ kỹ... Nhận dạng hệ số 79 3.4 Mô động lực học vòng điều khiển tr n sở tham số khí động đ tính tốn 83 3.4.1 Mơ hình tốn học chuyển động tên lửa 83 3.4.2 Mơ hình tốn học chuyển động