Bài viết trình bày phương án phóng tên lửa MK4 - 70 mm của Mỹ trên ống phóng tự tạo. Ban đầu khảo sát các đặc tính cấu tạo và thuật phóng, tiến hành tính toán thuật phóng trong, thuật phóng ngoài cho tên lửa. Bài viết cũng đã xây dựng được đồ thị áp suất khí thuốc trong buồng đốt động cơ tên lửa.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Khảo sát đặc tính tầm bắn tên lửa MK4-70MM - Mỹ phóng ống phóng tự tạo Surveying the characteristic of US MK4-70MM rocket’s firing range on a self-propelled launcher tube Trần Quốc Trình1,*, Vũ Thị Huệ2 Học viện Kỹ thuật Quân Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội * Email: nguyenminhphu9793@gmail.com Mobile: 01672509793 Tóm tắt Từ khóa: ’’ Tên lửa MK4- 2.75 ; Thuật phóng trong; Thuật phóng ngồi; Áp suất Bài báo trình bày phương án phóng tên lửa MK4 - 70 mm Mỹ ống phóng tự tạo Ban đầu khảo sát đặc tính cấu tạo thuật phóng, tiến hành tính tốn thuật phóng trong, thuật phóng ngồi cho tên lửa Bài báo xây dựng đồ thị áp suất khí thuốc buồng đốt động tên lửa Với bảng bắn sơ ta lựa chọn góc phóng tên lửa phù hợp với cự ly cần phóng Tác giả báo giải vấn đề kĩ thuật hóc búa hướng sử dụng lượng tên lửa 70mm tồn đọng sau chiến tranh, với cách tự tạo ống phóng trang bị cho khu vực phịng thủ ven biển, đảo nhà dàn DK sức chiến đấu đội tăng lên rõ rệt Abstract Keywords: MK4-70mm rocket; Interior ballistic; Ballistic, Pressure This paper presents a method of launching the MK4, an US rocket, on a self-propelled launcher First, we describe the structural features and ballistics, and calculate the interior and external ballistic calculations The chart of gas pressure in the combustion chamber of the rocket is also established The rocket’s appropriate launch angles for the launching distances can be chosen from the base shot table The paper has shown a method to solve the comparatively challenging problem of utilizing the MK4 rockets through making the self-propelled tube for them, then equipping them to coastal defense areas, islands of DK rigs to significantly increase the fighting power of the army Ngày nhận bài: 01/8/2018 Ngày nhận sửa: 10/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 ĐẶT VẤN ĐỀ Tên lửa MK4-70mm Mỹ loại tên lửa nhiên liệu rắn, cỡ nhỏ, không điều khiển mà ta thu sau giành thắng lợi năm 1975, loại tên lửa có lịch sử phát triển 70-80 năm với nhiều biến thể khác cỡ 70mm ưa chuộng sử dụng [5] Với số lượng đạn lớn, mà máy bay dùng để phóng tên lửa khơng có tự tạo HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 ống phóng đạn dùng giá ba chân để tạo thành dàn phóng trang bị cho binh kiểu mang vác phịng thủ hay cơng [4] Số tên lửa cất giữ bảo quản kho phía Nam chưa có kế hoạch sử dụng Một số bị hư hỏng thời gian lâu nên tiến hành tiêu hủy, số khác cịn chất lượng tốt, tính chất thuật phóng đảm bảo độ tin cậy sử dụng bảo dưỡng, hốn cải mang lại hiệu giúp đội nâng cao khả sẵn sàng chiến đấu Bằng cách dùng giá ba chân có sẵn, lắp thêm ống phóng thiết bị ngắm, dùng cuộn dây bắn với máy điểm hỏa hồn tồn tạo thiết bị phóng tin cậy an tồn Phần thiết kế ống phóng tự tạo giá ba chân tham khảo tài liệu [5] Một số loại tên lửa 70mm-Mỹ minh họa hình loại MK4, phần đầu đạn ngịi minh họa hình Hình Loại tên lửa MK4-70mm - Mỹ Hình Phần chiến đấu ngòi tên lửa MK TÍNH TỐN MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG THUẬT PHĨNG CHO TÊN LỬA 70mm - MỸ 2.1 Thành lập hệ phương trình vi phân Theo [1, 3]: quy luật thay đổi áp suất khí thuốc theo thời gian p(t) xác định từ phương trình cân khối lượng khí thời điểm: Lưu lượng sinh khí tổng lưu lượng khí qua loa biến thiên lượng khí lưu lại buồng đốt (1) m m m Trong đó: m : Lưu lượng sinh khí; m : Lưu lượng khí qua loa phụt; m : Biến thiên lượng khí lưu lại buồng đốt thời điểm m dm dt Lưu lượng sinh khí: m S u.T Lưu lượng khí: m K ( x ).Fth p n R.T0 (2) (3) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Trong đó: S - Diện tích bề mặt cháy; u - Tốc độ cháy thuốc phóng; ρT - Mật độ thuốc phóng; T 158 0( kg / m ) ; - Tổn thất lưu lượng, , ; K ( k ) - Hàm số mũ đoạn nhiệt: k 1 K (k ) k 1 2k k 1 (4) Fth - Diện tích tiết diện tới hạn loa phụt; R - Hằng số khí Biến thiên khí thuốc lưu lại buồng đốt điểm xác định phương trình trạng thái: P.V m.n R.T0 (5) Trong đó: V - Thể tích khí chiếm chỗ buồng đốt thời điểm khảo sát t; m - Khối lượng khí buồng đốt Khi biểu thức xác định m có dạng: dm d p.V d p.V dt dt n R.T0 RT0 dt n m (6) * d * p V pV pV n RT0 n dt V* Trong đó: dV S.u dt (7) Thay biểu thức (2), (3), (4) vào biểu thức (1), biến đổi cuối nhận quy luật thay đổi áp suất theo thời gian p(t): dp K ( k ).Fth n f S U V p S U n f T dt V (8) Trong đó: f R T0 - Lực thuốc phóng đẳng áp; 1 d n n dt (9) V - Thể tích tự khí thời điểm: V Vk (1 ) T (10) Vk - Thể tích buồng đốt; - Khối lượng thuốc phóng Quy luật thay đổi tổn thất nhiệt n buồng đốt viết dạng: d a d n 1 dt dt b d (1 b ) ab d dt 2 (1 b ) dt 1 b a (11) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Quy luật thay đổi lượng thuốc phóng cháy tương đối có dạng: d S u T dt (12) Từ phương trình (9), (10), (11), (12), ta có hệ phương trình vi phân xác định quy luật thay đổi theo thời gian áp suất p(t ) , lượng thuốc phóng cháy tương đối (t ) , tổn thất nhiệt buồng đốt n (t ) Khi động bắt đầu làm việc (t t0 0) thời điểm thuốc phóng cháy hết (tk ) mơ tả dạng hệ phương trình vi phân sau đây: d S u.T dt T ab d d n (13) (1 b ) dt dt dp [(2 K ( k ).Fth n f Su V 1 ) p Su. n f T ] V dt Trong đó: u = f ( p) f1 (Tbd ) ( w) u1 p v f1 (Tbd ) ( w) - tốc độ cháy thuốc phóng; u , v hệ số tốc độ cháy số mũ quy luật tốc độ cháy; d n 1 n dt S S (t ) - diện tích bề mặt cháy liều phóng Các điều kiện ban đầu: t t0 ; ; p p(t0 ) pmoi ; n n (t0 ) Thời kỳ khí tự do: Trong khoảng thời gian t tk , sản phẩm cháy từ buồng đốt môi trường xung quanh chênh lệch áp suất p buồng đốt với mơi trường bên ngồi Các thơng số khí thuốc buồng đốt thời điểm t tk thời kì khí tự xác định sở giả thiết: Q trình khí ổn định đoạn nhiệt Từ giả thiết dịng khí đoạn nhiệt nhận cơng thức xác định áp suất khí buồng đốt thời kì tự Giả sử thời điểm thuốc phóng cháy hết tk , áp suất buồng đốt có giá trị pk Khối lượng khí m k buồng đốt xác định trực tiếp từ phương trình trạng thái: Pk Vk mk f Các giá trị pk , f Vk điều kiện ban đầu thời kỳ khí tự Thể tích riêng khí v k buồng đốt tk xác định từ biểu thức: vk v t k Vk f mk Pk Giả thiết dịng khí đoạn nhiệt, áp suất thể tích riêng v khí thoả mãn phương trình: HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 p v k p k v kk Qua trình biến đổi ta được: B P Pk (1 Bt ) k 1 b 2k 2k k 1 (với b K ( k ) Fth mk Pk ) Vk Tương tự trên, từ phương trình đoạn nhiệt phương trình trạng thái ta tính nhiệt độ T , thể tích riêng v mật độ khí buồng đốt thời điểm t thời kỳ khí tự do: 2k P (1 B t ) k Pk 2k T (1 B t ) k Tk (14) 2k v (1 B t ) k vk 2k (1 B t ) k k Trong Pk, tk , vk , ρk thông số trạng thái khí buồng đốt thời điểm ban đầu thời kỳ khí tự (lúc thuốc phóng cháy hết) 2.2 Giải phương trình vi phân Một số tham số cấu tạo buồng đốt sau: Chiều dài thuốc: 0,6525 m, đường kính ngồi thuốc: 0,062 m, đường kính tiết diện tới hạn: 0,0095m, đường kính buồng đốt: 0,066 m, số loa phụt: loa, lực thuốc phóng: 11500000 J/kg, khối lượng thuốc phóng: 2,55kg Sử dụng phần mềm Matlab để giải hệ phương trình vi phân thuật phóng Kết tính áp suất động biểu diễn dạng đồ thị hình sau: Hình Đồ thị áp suất khí thuốc động tên lửa Kết tính với số giá trị đặc biệt: - Áp suất lớn nhất: 13,996 MPa - Lực đẩy động cơ: 1425 kN - Thời gian cháy thuốc phóng: 1,442 s - Thời gian làm việc động cơ: 1,492 s HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 TẦM BẮN CỦA TÊN LỬA VỚI CÁC GÓC PHÓNG KHÁC NHAU Bảng Các đại lượng giá trị sử dụng chương trình tính tầm bắn Các đại lượng STT Ký hiệu Trong hệ phương trình Nhiệt độ tiêu chuẩn Trong chương trình Tn Giá trị 273 Đơn vị K K -3 Građian nhiệt độ gt 6,328.10 Nhiệt độ khơng khí τ 288,9 Khối lượng thuốc phóng ω Om 2,55 kg Gia tốc trọng trường g g 9,81 m/s2 Góc phóng θ tetako 370 độ Đường kính ngồi đạn Dn d 0,07 m Tốc độ khí hiệu dụng Ue ue 2000 m/s Khối lượng ban đầu đạn Q0 Qo 9,25 kg 10 Thời gian cháy thuốc phóng tk tgchay 1,49 s 11 Lượng tiêu hao khối lượng tương đối 12 Các hệ số điều khiển π(y) α β Anfa Beta Hệ phương trình khối tâm đạn viết theo [6]: .ue C0 V Q t (1 ) ( y ) F (V ) k g cos (15) V x V cos y V sin Chạy phần mềm chun dùng tính thuật phóng ngồi, thu kết số giá trị đặc biệt sau: - Tầm bắn xa nhất: X max 7274,3m ; - Thời gian thời điểm chạm đất: tc 42,83s ; - Độ cao lớn nhất: Ymax 2335, 6m ; - Tốc độ lớn nhất: Vmax 664,4m / s - Góc phóng từ 7o ÷ 37o tầm bắn đạt 3000 ÷ 7200m Dựa vào bảng kết tính, vẽ đồ thị tầm bắn tên lửa với góc phóng khác hình HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Quan hệ góc phóng tầm bắn tên lửa MK 4 KẾT LUẬN Bằng số liệu đầu vào tên lửa 70mm, ta tính tầm bắn lớn khoảng 7200m Kết cho thấy q trình tính tốn đảm bảo độ tin cậy Nghiên cứu kết bắn thử nghiệm từ tài liệu cơng bố trước tầm bắn loại tên lửa nằm khoảng 6500 7000m Như dùng tên lửa 70 mm Mỹ phóng bệ phóng có ống phóng tự tạo đạt tầm bắn khoảng 7200 m, cho phép phịng thủ cơng đối phương cách hiệu Phương án giúp tận dụng hiệu số tên lửa 70 mm Mỹ tồn đọng kho chi phí sản suất phương tiện phóng không cao TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Đăng Điện (1990); Bài giảng thuật phóng động tên lửa; Bộ môn Đạn [2] Phạm Thế Phiệt (1996); Thuật phóng lý thuyết động tên lửa; Học viện KTQS [3] Phạm Thế Phiệt (1995); Lý thuyết động tên lửa; Học viện KTQS [4] Nguyễn Thanh Hải (2018); Thiết kế giá phóng tên lửa, Học viện KTQS [5] Jane’ journal (2005) [6] Mai Quang Huy (2012); Bài giảng Thuật phóng ngồi, Bộ mơn TP ĐKHL Học viện KTQS ... phần đầu đạn ngòi minh họa hình Hình Loại tên lửa MK 4-7 0mm - Mỹ Hình Phần chiến đấu ngịi tên lửa MK TÍNH TỐN MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG THUẬT PHÓNG CHO TÊN LỬA 70mm - MỸ 2.1 Thành lập hệ phương trình vi phân... bắn thử nghiệm từ tài liệu cơng bố trước tầm bắn loại tên lửa nằm khoảng 6500 7000m Như dùng tên lửa 70 mm Mỹ phóng bệ phóng có ống phóng tự tạo đạt tầm bắn khoảng 7200 m, cho phép phịng thủ cơng... Quan hệ góc phóng tầm bắn tên lửa MK 4 KẾT LUẬN Bằng số liệu đầu vào tên lửa 70mm, ta tính tầm bắn lớn khoảng 7200m Kết cho thấy q trình tính tốn đảm bảo độ tin cậy Nghiên cứu kết bắn thử nghiệm