Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này đề xuất mô hình thuật phóng hệ súng phóng lựu trong đó có kể đến hiện tượng dòng hỗn hợp phụt từ buồng cao áp sang buồng thấp áp là dòng hai pha gồm khí thuốc và các hạt thuốc phóng chưa cháy hết, các hạt thuốc này tiếp tục cháy trong buồng thấp áp.
Nghiên cứu khoa học cơng nghệ MƠ HÌNH THUẬT PHĨNG TRONG CỦA HỆ SÚNG PHĨNG LỰU CĨ TÍNH ĐẾN THUỐC PHĨNG CHÁY KHƠNG HỒN TỒN TRONG BUỒNG CAO ÁP Nguyễn Hanh Hoàn1*, Trần Đức Việt2, Ninh Đức Sinh2 Phan Văn Tuấn3, Nguyễn Thanh Điền3, Nguyễn Văn Qn3 Mơ hình thuật phóng hai buồng cao-thấp áp sử dụng rộng rãi hệ súng phóng lựu với giả thiết thuốc phóng cháy hồn tồn buồng cao áp Tuy nhiên, thực tế có lượng thuốc phóng cháy khơng hoàn toàn buồng cao áp, bị tiếp tục cháy buồng thấp áp nên giả thiết dẫn tới sai số tính tốn phải hiệu chỉnh hệ số khớp Do vậy, báo đề xuất mơ hình thuật phóng hệ súng phóng lựu có kể đến tượng dịng hỗn hợp từ buồng cao áp sang buồng thấp áp dịng hai pha gồm khí thuốc hạt thuốc phóng chưa cháy hết, hạt thuốc tiếp tục cháy buồng thấp áp Mục đích đưa mơ hình nhằm hồn thiện sở lý thuyết đa dạng hóa cách tiếp cận giải tốn thuật phóng hệ súng phóng lựu Tính tốn thử nghiệm hệ súng DP-64 đạn FG-45 cho hệ số không cháy thuốc phóng buồng cao áp 0,22 Từ khóa: Thuật phóng trong; Vũ khí khí động; Súng phóng lựu ĐẶT VẤN ĐỀ Q trình thuật phóng hệ vũ khí khí động (có hai buồng cao áp/thấp áp) bao gồm tượng vật lý bản: cháy tạo khí thuốc phóng buồng cao áp; khí từ buồng cao áp sang buồng thấp áp; chuyển động đầu đạn nòng Hiện nay, giải tốn thuật phóng hệ súng phóng lựu, tiếp cận theo hướng giả thiết thuốc phóng cháy hồn tồn buồng cao áp, sai số hiệu chỉnh thông qua hai hệ số khớp bản: kể đến lượng thuốc phóng cháy khơng hồn tồn buồng cao áp thơng qua hệ số giảm lực thuốc phóng , lực thuốc phóng tính theo biểu thức [1,2]: f=.fo với < hệ số kể đến tổn thất lượng q trình khí qua lỗ 2 < Với cách giải này, hệ phương trình tốn học mơ tả q trình thuật phóng súng phóng lựu có buồng cao-thấp áp sau [1]: dz pc (1) = dt I k d dz = (1 + 2 z + 3 z ) (2) dt dt d 2 K St ( pc − pt ) = (3) dt f c d c = dt (1 − c ) d d − (k − 1). c dt dt − − ( − ). f c .( − ) (4) Wc = W0c - (1-) (5) pc = (6) Wc d dv (k. c − t ) − K d .v d t dt dt = dt Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 72, 04 - 2021 (7) 119 Cơ kỹ thuật & Cơ khí động lực Wt = W0t - .. + S.l f . t pt = (8) (9) Wt dv S pt g = (10) dt .q dl =v (11) dt Với (1), (2) phương trình mơ tả q trình cháy tạo khí thuốc phóng; (3) phương trình khí qua loa phụt; (4), (7) phương trình lượng; (5), (6), (8), (9) phương trình trạng thái; (10), (11) phương trình chuyển động đạn Trong đó: z bề dày cháy tương đối thuốc phóng; pc, pt áp suất khí thuốc buồng cao áp buồng thấp áp; Ik xung lượng toàn phần áp suất khí thuốc; , , đặc trưng hình hạng thuốc phóng; lượng thuốc phóng cháy tương đối; lượng khí tương đối; a c =1− nhiệt độ tương đối khí thuốc buồng cao áp, với a=0,3; b =5,0; + b. τt nhiệt độ tương đối buồng thấp áp; k +1 2( k −1) g.k với k số mũ đoạn nhiệt; K0 = k +1 q Kd = hệ số tăng nặng với θ = k-1; f .g f lực thuốc phóng; ω khối lượng thuốc phóng; α lượng cộng tích; St, S tiết diện cửa loa tiết diện ngang lịng nịng; hệ số tính cơng thứ yếu; Wc, Wt thể tích khí thuốc sinh buồng cao áp buồng thấp áp; W0c, W0t thể tích tự buồng cao áp buồng thấp áp Việc sử dụng hệ số phù hợp 2 thực hóa chứng minh tính đắn thông qua so sánh đường cong lý thuyết thực nghiệm Tuy nhiên, nhằm hoàn thiện sở lý thuyết tính tốn đa dạng hóa cách thức tiếp cận ta xây dựng mơ hình tốn học q trình thuật phóng có kể đến tượng thuốc phóng cháy khơng hồn tồn buồng cao áp MƠ HÌNH LÝ THUYẾT Để giải toán theo hướng này, ta giả thiết có phần thuốc phóng khơng cháy buồng cao áp, bị chảy theo dịng sản phẩm khí cháy buồng thấp áp, tính biểu thức: 2=.o, đó, o tổng khối lượng thuốc phóng, < < ta gọi hệ số không cháy thuốc phóng Do áp suất buồng thấp áp nhỏ nên số thuốc phóng khơng cháy theo quy luật tuyến tính số hạng (phương trình (1) mà cháy theo quy luật hàm số mũ, phương trình biểu diễn quy luật cháy lượng thuốc phóng [1-3]: 120 N H Hồn, …, N V Qn, “Mơ hình thuật phóng hệ súng … buồng cao áp.” Nghiên cứu khoa học công nghệ dz2 pt = dt Ik (1’) Phương trình (1’) khác so với (1) chỗ: áp suất lúc buồng thấp áp khoảng vài MPa, vậy, quy luật cháy có dạng hàm số mũ, số mũ quy luật cháy phụ thuộc vào tính chất, nhiệt độ ban đầu thuốc phóng tra cứu theo áp suất nòng pt [1] Theo hướng tiếp cận này, tượng thuật phóng diễn bao gồm: q trình cháy tạo khí thuốc phóng buồng cao áp; chảy sản phẩm cháy thuốc phóng từ buồng cao áp buồng thấp áp; cháy tạo khí thuốc phóng buồng thấp áp; chuyển động đầu đạn Như vậy, buồng thấp áp việc bổ sung sản phẩm khí từ buồng cao áp cịn tăng cường sản phẩm cháy lượng thuốc phóng 2 cháy liên tục tạo Hệ phương trình tốn học mơ tả tượng thuật phóng diễn bao gồm: Tồn phương trình từ (1) đến (6), khác chỗ lượng thuốc phóng phần thuốc cháy hoàn toàn buồng cao áp: 1 = (1-).o; Bổ sung phương trình biểu diễn cháy, sinh khí phần thuốc phóng buồng thấp áp: dz2 pt = dt Ik (1’) d dz = (1 + 2 z2 + 3 z22 ) (2’) dt dt Các phương trình (7, 8, 9) thay đổi kể đến phần khí thuốc sinh cháy thuốc phóng buồng cao áp, cụ thể: d d dv (1 − t ) + (k. c − t ) − K d .v d t dt dt dt (7’) = dt + Wt = W0t - .o ((1-).+ .2) + S.l f o ((1 − ). + ). t pt = Wt (8’) (9’) Để xác hóa hệ số khơng cháy hết thuốc phóng, ta tiến hành giải toán với giá trị khác so sánh với kết thực nghiệm THỰC NGHIỆM 3.1 Súng đạn thử nghiệm Nhóm tác giả tiến hành bắn thử nghiệm súng phóng lựu chống người nhái DP-64, đạn chống người nhái FG-45, lấy số liệu so sánh với kết tính tốn lý thuyết để chuẩn xác hóa giá trị Hình Súng DP-64 đạn FG-45 chống người nhái [4] Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 72, 04 - 2021 121 Cơ kỹ thuật & Cơ khí động lực Bảng Các thơng số thuật phóng hệ súng DP-64 đạn FG-45 [4] Thông số Giá trị Cỡ đạn (nòng), mm 45 Khối lượng phần bay, kg 0,5 Sơ tốc, m/s 74 Thuốc phóng Thuốc phóng cầu C-K59 Đường kính tiết diện tới hạn loa phụt, mm 2,5 Số lượng lỗ Các hệ số tổn hao 2 = 0,78; ω = 0,22 Quãng đường đạn chuyển động nòng, mm l =415 Thể tích buồng đốt cao áp ban đầu, mm 8877 Thể tích buồng thấp áp ban đầu, mm3 Trọng lượng thuốc phóng, kG 144166 1,82 x 10-3 3.2 Thiết bị đo - Đo áp suất lớn buồng thấp áp Cruse trụ đồng Φ6x9,8 dự áp 50 kG/cm2; - Đo áp suất buồng cao áp piezo 6215 Kistler thiết bị đo thuật phóng BA04SE; - Đo sơ tốc đo bia quang B462 thiết bị đo BA04SE 3.3 Bố trí thử nghiệm Sơ đồ bố trí thử nghiệm hầm bắn hình [4] Hình Bố trí thử nghiệm đo áp suất buồng cao-thấp áp sơ tốc KẾT QUẢ TÍNH TỐN, THỬ NGHIỆM Giải hệ phương trình vi phân phần mềm Matlab sở thuật toán Rungge Kutta với giá trị thay đổi khoảng < < 122 N H Hồn, …, N V Qn, “Mơ hình thuật phóng hệ súng … buồng cao áp.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Khi giá trị = 0,22 kết tính tốn phù hợp với số liệu thực nghiệm đo áp suất lớn buồng cao áp, thấp áp sơ tốc đầu đạn (bảng 2) Bảng So sánh kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm với = 0,22 Thông số = 0,0019 g n=8 (số lỗ phụt) Ttp=35 độ = 0,002 g n=5 Ttp=35 độ = 0,0019 g n=8 Ttp=50 độ Thực nghiệm Giá trị tính tốn Sai lệch Thực nghiệm Giá trị tính tốn Sai lệch Thực nghiệm Giá trị tính tốn Sai lệch Pcmax (MPa) Ptmax (MPa) Vd (m/s) 124,90 128,73 3,07% 168,82 160,27 5,06% 126,13 129,50 2,67% 8,90 8,68 2,47% 76,4 74,31 2,74% 77,4 75,51 2,44% 75,1 74,48 0,83% 8,13 8,47 8,78 3,66% Sự thay đổi áp suất tính tốn lý thuyết buồng cao áp thấp áp thể hình Hình Đồ thị áp suất buồng cao áp thấp áp KẾT LUẬN Bài báo đưa cách tiếp cận nhằm hoàn thiện sở lý thuyết tính tốn tốn thuật phóng hệ vũ khí khí động dựa ý tưởng tính đến lượng thuốc phóng cháy khơng hồn tồn buồng cao áp Cơ sở lý luận chuẩn hóa thơng qua đối chiếu với kết bắn thực nghiệm hệ súng đạn DP-64/FG-45 Phương pháp đưa áp dụng để giải tốn thuật phóng hệ vũ khí khí động nói chung hệ súng/đạn DP-64/FG-45 nói riêng Tuy nhiên, phạm vi báo, nhóm tác giả chưa thực khảo sát hệ vũ khí đạn tương tự khác với loại thuốc phóng để có đánh giá cụ thể hệ số loại thuốc phóng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Du, Đỗ Văn Thọ, "Thuật phóng súng pháo", Đại học Kỹ thuật Quân (1976) [2] Trần Đăng Điện, Nguyễn Quang Lượng, Trần Văn Doanh, "Bài tập thuật phóng trong", Học viện Kỹ thuật Quân (2006) Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 72, 04 - 2021 123 Cơ kỹ thuật & Cơ khí động lực [3] Ngơ Văn Giao, "Tính chất thuốc phóng nhiên liệu tên lửa", NXB Quân đội nhân dân (2005) [4] Viện Vũ khí, “Hồ sơ đề tài súng đạn lựu phóng chống người nhái,” (2020) ABSTRACT THE INTERIOR BALLISTICS MODEL OF THE GRENADE LAUNCHER SYSTEM WITH THE PHENOMENON OF PROPELLANT POWDER BURNING INCOMPLETELY IN HIGH-PRESSURE CHAMBER The model of Interior ballistics with high-low pressure chambers is used popularly in the grenade launchers with the assumption: Propellant powder completely burning into gases However, the reality is there’s a bit of Propellant powder burning incompletely in a high-pressure chamber and flow through one or more nozzles (orifices) in the lowpressure chamber and keep burning Therefore, the above assumption will lead to calculation errors and must be corrected by matching coefficients This article proposes a grenade launch system model, which includes the phenomenon of jet-outflow from a highpressure chamber to a low-pressure chamber is a two-phase flow of gas and incomplete burning particles; these particles continue to burn in the low-pressure chamber The purpose of the model is to improve the theoretical basis and diversify the approach when solving the Interior ballistics of grenade launchers Calculation and testing for the system of DP-64 gun and FG-45 ammunition for the incomplete burning coefficient of the Propellant in the high-pressure chamber is 0,22 Keywords: The interior ballistics; Dynamic weapons; The grenade launchers Nhận ngày 29 tháng năm 2020 Hoàn thiện ngày 01 tháng năm 2021 Chấp nhận đăng ngày 12 tháng năm 2021 Địa chỉ: 1Viện Tên lửa/Viện KHCNQS; Viện Vũ khí/Tổng cục CNQP; Học viện KTQS *Email: hanhhoanvtl@gmail.com 124 N H Hồn, …, N V Qn, “Mơ hình thuật phóng hệ súng … buồng cao áp.” ... này, tượng thuật phóng diễn bao gồm: q trình cháy tạo khí thuốc phóng buồng cao áp; chảy sản phẩm cháy thuốc phóng từ buồng cao áp buồng thấp áp; cháy tạo khí thuốc phóng buồng thấp áp; chuyển... đổi áp suất tính tốn lý thuyết buồng cao áp thấp áp thể hình Hình Đồ thị áp suất buồng cao áp thấp áp KẾT LUẬN Bài báo đưa cách tiếp cận nhằm hoàn thiện sở lý thuyết tính tốn tốn thuật phóng hệ. .. động đạn Trong đó: z bề dày cháy tương đối thuốc phóng; pc, pt áp suất khí thuốc buồng cao áp buồng thấp áp; Ik xung lượng toàn phần áp suất khí thuốc; , , đặc trưng hình hạng thuốc phóng;