Tối ưu Biên dạng Khí Động Khí Cụ Bay Điều khiển Một Kênh

Phương pháp nghiên cứu không gian tham số

- Khi cần thiết có thể tăng gấp đôi số lượng phương án tìm kiếm để tăng độ hội tụ của bài toán tối ưu mà không cần phải giải lại toàn bộ các phương án, chỉ giải tiếp những phương án bổ sung, điều mà các phương pháp tìm kiếm tối ưu khác như GA, PSO không làm được. Ưu điểm của phương pháp PSI là có thể áp dụng được cho các bài toán tối ưu với các dạng hàm mục tiêu và ràng buộc khác nhau, không yêu cầu quan hệ tường minh; số lượng biến thiết kế lớn; có thể giải được các bài toán tối ưu đơn mục tiêu và đa mục tiêu; số lượng tính toán không quá lớn.

Những vấn đề tồn tại và hướng nghiên cứu của luận án 1. Những vấn đề tồn tại

Một trong các ưu điểm của việc sử dụng chuỗi LPτ trong việc xác định tọa độ các phương án tìm kiếm là khi tăng gấp 2 lần số lượng các phương án tìm kiếm thì không cần tính toán lại N phương án trước đó mà chỉ cần tính toán bổ sung các phương án từ N+1 đến 2N. Tuy nhiên, các phương pháp đều có những hạn chế nhất định như số lượng tính toán lớn, khó triển khai cho các bài toán tối ưu đa mục tiêu, nhiều tham số thiết kế, yêu cầu kết hợp nhiều nội dung tính toán.

Các hệ tọa độ sử dụng

Mặt phẳng Oxbyb nằm trong mặt phẳng đối xứng của KCB, trục Oxb hướng dọc theo trục KCB, trục Oyb hướng thẳng đứng lên trên tại thời điểm phóng, trục Ozb vuông góc với mặt phẳng Oxbyb và tạo thành hệ toạ độ tam diện thuận. Khí cụ bay là vật rắn chuyển động 6 bậc tự do, tương ứng với 3 tọa độ vị trí của khối tâm O là (xe, ye,ze) và 3 góc giữa các trục của HTĐ liên kết so với HTĐ mặt đất (Hình 2.2): Góc hướng ψ là góc giữa trục Oexe và hình chiếu của trục Oxb lên mặt phẳng nằm ngang Oexeze; Góc tầm θ là góc giữa trục dọc Oxb với mặt phẳng nằm ngang Oexeze; Góc Cren γ là góc giữa trục Oyb và mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục Oxb;.

Xây dựng hệ phương trình mô tả chuyển động bay của khí cụ bay Trong quá trình bay, do động cơ làm việc làm tiêu hao nhiên liệu và dây

Khí cụ bay được coi là vật rắn chịu tác động của các ngoại lực và mô- men ngoại lực, chuyển động tự do 6 bậc trong không gian bao gồm 3 chuyển động tính tiến của khối tâm và 3 chuyển động quay xung quanh khối tâm. Trong đó: Kc - động lượng của hệ; Fb - lực tác dụng tương đương của các ngoại lực tác động lên hệ; Lc - mô-men động lượng của hệ so với khối tâm; M - mô-men tổng của các ngoại lực đối với khối tâm của hệ thống.

Lực và mô-men tác dụng lên khí cụ bay

Do đó, ở thời điểm t, khi biết các tham số khối lượng, quán tính của KCB, lực và mô-men tác dụng lên KCB có thể giải được hệ phương trình trên và xác định được trạng thái của KCB trong không gian. Trong quá trình bay, khối lượng KCB giảm dần theo thời gian do việc tiêu hao nhiên liệu động cơ và việc dây vi cáp điều khiển liên tục được tời ra khỏi quả KCB nên giá trị của trọng lực tác dụng lên KCB cũng giảm dần tương ứng. Khối lượng phần dây được tời ra khỏi thân KCB khi bay với giả thiết dây vi cáp điều khiển có khối lượng riêng ρd theo chiều dài không đổi được tính bằng tích của chiều dài lday và khối lượng riêng của dây.

Phương pháp dẫn và thuật toán điều khiển khí cụ bay

Như vậy, lực căng dây cáp là hàm phụ thuộc vào chiều dài dây được tời ra, khối lượng riêng của dây theo chiều dài, vận tốc chuyển động của KCB và lực ma sát giữa các vòng dây. Trong đó, Utt là biên độ tín hiệu tuyến tính hóa của đài điều khiển;.

Xây dựng quỹ đạo dẫn

Do tại điểm D quỹ đạo có dạng nằm ngang nên đạo hàm bậc nhất và bậc hai của độ cao tại D bằng 0. Như vậy, các hệ số a có thể được xác định khi giải hệ phương trình đại số tuyến tính sau đây với các đa thức. Phương trình (2.87) đảm bảo quỹ đạo KCB ở giai đoạn phóng và đầu giai đoạn bay hành trình đạt đủ độ cao và thời gian chuẩn bị cần thiết để người có thể điều khiển.

Xây dựng chương trình mô phỏng động lực học bay

Uz = kχ∆χ+ kχ ∆χ (2.91) - Khối thuật toán điều khiển: Khối thuật toán điều khiển hình thành điện áp điều khiển tổng hợp Uđk dựa trên tín hiệu điều khiển kênh tầm Uy, tín hiệu điều khiển kênh hướng Uz và vị trí góc Cren của KCB γ = ωxt. Việc đổi hướng luồng phụt của loa phụt ĐCHT làm sinh ra thành phần lực và mô-men điều khiển tương ứng tác dụng lên KCB như đã trình bày. - Khâu KCB: Khâu KCB là vật rắn chuyển động 6 bậc tự do trong không gian, chịu tác động của các dạng lực và mô-men khác nhau được mô tả trong Mục 2.3.

Thiết lập bài toán tối ưu biên dạng khí động của khí cụ bay điều khiển một kênh sử dụng dây vi cáp

Bài toán tối ưu biên dạng phối trí khí động KCB là xác định tọa độ các điểm giới hạn bề mặt chảy bao Ai của KCB sao cho các hàm mục tiêu đạt cực trị (cực đại hoặc cực tiểu) đồng thời phải thỏa mãn tất cả các điều kiện ràng buộc của bài toán. Căn cứ vào mục đích thiết kế có thể xây dựng bài toán tối ưu biên dạng khí động KCB với số lượng tham số thiết kế được giới hạn như tối ưu tham số phối trí các cụm cánh, tham số phối trí phần thân bay. Xây dựng bài toán tối ưu biên dạng khí động KCB điều khiển một kênh sử dụng dây vi cáp là bài toán tối ưu đa mục tiêu với các hàm mục tiêu là hệ số chất lượng khí động, tính ổn định và tính điều khiển được của KCB.

Phương pháp giải bài toán tối ưu

Để thực hiện được điều đó, sau khi nhập dữ liệu ban đầu cần tiến hành các bước sau (Hình 3.4). - Tính toán tọa độ các phương án tìm kiếm trong vùng không gian P;. - Tính toán bộ HSKĐ của KCB ứng với mỗi phương án tìm kiếm;. - Giải bài toán mô phỏng động lực học bay KCB đồng thời tính toán giá trị các hàm mục tiêu và ràng buộc ứng với từng phương án tìm kiếm;. - Kiểm tra các điều kiện ràng buộc và xác định tập G các phương án thỏa mãn tất cả các điều kiện ràng buộc. a) Nhập dữ liệu ban đầu. Dữ liệu nhập vào ban đầu của bài toán tối ưu gồm có:. - Giới hạn vùng không gian tìm kiếm các tham số thiết kế P;. - Giá trị giới hạn các hàm ràng buộc;. b) Tính toán tọa độ các điểm thử nghiệm. N để tìm kiếm nghiệm cho bài toán tối ưu. Trong biểu thức trên, theo biểu thức sau đây [55]:. là các phần tử của chuỗi LPτ được xác định. Đúng Kết thúc. Sơ đồ thuật toán tính tọa độ các phương án tìm kiếm. Dấu ngoặc vuông [] và ngoặc nhọn {} tương ứng là phần nguyên và phần thập phân của số nằm trong ngoặc. Sơ đồ thuật toán chương trình con tính toán tọa độ các điểm thể hiện trên Hình 3.5. c) Tính toán xác định bộ hệ số khí động. Trong đó, tham số hình học thân cánh được thiết lập tự động cho từng phương án tương ứng với tọa độ các điểm A(i). Sơ đồ tính toán bộ hệ số khí động các phương án Sơ đồ tính toán bộ tham số khí động cho mỗi phương án thiết kế được thể hiện trong Hình 3.6. d) Mô phỏng động lực học bay. - Trường hợp 1: Khi người thiết kế quan tâm đến một hàm mục tiêu nào đó trong các hàm mục tiêu của bài toán tối ưu, ví dụ hàm mục tiêu về hệ số chất lượng khí động Φ1 thì có thể chọn Φ1 là hàm mục tiêu tổng quát và giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu cho hàm.

Kiểm chứng phương pháp xác định bộ tham số khí động

Phương pháp tối ưu biên dạng khí động của KCB điều khiển một kênh ở Chương 3 có thể áp dụng để tối ưu toàn bộ các tham số thiết kế phối trí biên dạng khí động của KCB nói chung và của KCB điều khiển một kênh nói riêng. Tiến hành thử nghiệm ống thổi khí động xác định hệ số khí động của KCB CT14M và một phương án KCB CT14M cải tiến bằng ống thổi khí động dưới âm tại Viện Thiết kế Khoa học Công nghệ Xây dựng /Bộ Xây dựng. Nhận thấy, các kết quả tính toán và thử nghiệm xác định các hệ số khí động của KCB theo các phương pháp bán thực nghiệm sử dụng MD, mô phỏng số ANSYS CFX và thử nghiệm ống thổi là phù hợp so với nhau.

Kiểm chứng chương trình mô phỏng động lực học bay 1. Kiểm chứng đối với khí cụ bay CT14M

Từ kết quả mô phỏng nhận thấy, ở tất cả các phương án KCB đều bay trúng mục tiêu với các tham số phù hợp với các chỉ tiêu chiến kỹ thuật của. Một phương án KCB được cải tiến từ KCB CT14M với phần thân trước là đầu nổ xuyờn lừm kiểu tandem đó được bắn thử nghiệm với mục tiờu cố định ở cự ly 1.800 m. Từ đồ thị so sánh lực căng dây vi cáp nhận thấy: lực căng dây vi cáp đo được từ thử nghiệm bắn bay phù hợp với kết quả tính toán mô phỏng động lực học bay KCB.

Tối ưu tham số thiết kế bộ cánh trước cho khí cụ bay điều khiển một kênh cải tiến kiểu CT14M

Ứng dụng phương pháp tối ưu ở Chương 3 giải bài toán tối ưu tham số thiết kế bộ cánh trước cho KCB điều khiển một kênh cải tiến từ KCB CT14M với các hàm ràng buộc của lớp KCB điều khiển một kênh với hàm mục tiêu là hệ số chất lượng khí động, tính ổn định và tính điều khiển được của KCB. Do tham số sải cánh và vị trí lắp cánh có ảnh hưởng nhiều đến các đặc trưng khí động và động học của KCB, các tham số còn lại có ảnh hưởng không nhiều nên khi xác định giới hạn vùng tìm kiếm tham số tối ưu ta ưu tiên vùng tìm kiếm rộng hơn cho 2 tham số là sải cánh và vị trí lắp cánh. Do khi tăng ±5% tọa độ sải cánh của điểm B1 thì nhận được giá trị vượt quá giới hạn vùng tìm kiếm theo tọa độ sải cánh của vùng không gian ban đầu P nên ta chọn giới hạn trên của tham số sải cánh trong vùng không gian P làm giới hạn mới cho vùng không gian P2.

Mô phỏng quỹ đạo bay phương án thiết kế tối ưu