i L (mm) χ (độ) b0 (mm) bk (mm) xa (mm) Ghi chú
85 0 60 45 2 p/a cơ sở
887 92,979 9,170 54,082 45,234 31,758 Φ1 min
343 92,480 7,793 39,023 20,469 29,141 Φ2 min
831 94,619 2,373 48,926 30,859 0,195 Φ3 min
Bảng 4.15 thể hiện kết quả so sánh giá trị các hàm mục tiêu Φ1, Φ2, Φ3 ứng với các phương án trên, phương án có chất lượng khí động kém nhất (i=627) so với phương án cơ sở.
Bảng 4.15. So sánh giá trị các hàm mục tiêu so với phương án cơ sở
i Φ1 Φ2 Φ3 Ghi chú 0,99 5,102 0,8787 p/a cơ sở 887 0,95 2,8986 0,8594 Φ1 min -3,71% -43,19% -2,20% 343 0,995 2,5189 1,113 Φ2 min 0,51% -50,63% 26,66% 831 0,9794 5,0251 0,5383 Φ3 min -1,07% -1,51% -38,74% 627 1,0194 2,9851 0,8907 Φ1 max 2,97% -41,49% 1,37%
Từ Bảng 4.15 nhận thấy:
- So với phương án cơ sở, hàm mục tiêu chất lượng khí động của các phương án đang xét có sự thay đổi khơng nhiều. Phương án có chất lượng khí động tốt nhất có hàm mục tiêu về chất lượng khí động tốt hơn phương án cơ sở 3,71%. Trong khi phương án có hệ số chất lượng khí động kém nhất chỉ kém hơn 2,97% so với phương án cơ sở.
- Hàm mục tiêu tính ổn định có dải biến thiên theo chiều hướng có lợi rộng hơn. Phương án có độ ổn định tốt nhất tốt hơn 50,63% so với phương án cơ sở. - Hàm mục tiêu tính điều khiển được của phương án thiết kế có tính điều khiển
được tốt nhất tốt hơn phương án cơ sở 38,74%.
Chọn giới hạn các hàm mục tiêu tương ứng là giá trị các hàm mục tiêu của phương án cơ sở:
Φ** = 0,99;Φ** = 5,102;Φ** =
0,8787; (4.6)
Khi đó, từ 53 phương án thuộc tập G ta chọn được 6 phương án Ai có giá trị các hàm mục tiêu thỏa mãn điều kiện:
Φ (A ) ≤ Φ**,v =1,2,3 (4.7)
v i v
Hình 4.22. Tập các phương án chấp nhận được D
Như vậy, nhận được tập D (Hình 4.22) gồm 6 phương án chấp nhận được có thứ tự và tọa độ tương ứng như trong Bảng 4.16. Giá trị các hàm mục tiêu tương ứng của các phương án này đều tốt hơn phương án cơ sở.
Bảng 4.16. Tọa độ và hàm mục tiêu các phương án thuộc tập D
i L (mm) χ (độ) b0 (mm) bk (mm) xa (mm) Φ1 Φ2 Φ3 575 94,561 17,432 73,184 57,891 14,023 0,9872 3,2787 0,7584 605 86,826 5,947 62,402 57,266 7,461 0,9872 3,5211 0,7069 759 93,037 5,830 75,293 27,578 4,805 0,9843 3,9063 0,7241 831 94,619 2,373 48,926 30,859 0,195 0,9794 5,0251 0,5383 887 92,979 9,170 54,082 45,234 31,758 0,9533 2,8986 0,8594 1005 86,533 1,084 71,660 33,672 12,227 0,9881 3,2468 0,8301
4.3.3. Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu
Nhận thấy, trong các hàm mục tiêu được khảo sát, tính ổn định và tính điều khiển được của KCB là 2 hàm mục tiêu có tính chất trái ngược nhau. Khí cụ bay càng ổn định thì càng khó điều khiển và ngược lại. Để thể hiện sự phụ thuộc lẫn nhau của 2 mục tiêu này ta xây dựng biên Pareto là đường gấp khúc nối giữa các điểm Pareto trong không gian mục tiêu.
Từ tập G tiến hành chọn được 18 điểm Pareto. Đồ thị biểu diễn các điểm hiệu quả và các điểm Pareto trong mặt phẳng (Φ2, Φ3) như Hình 4.23. Nhận thấy, các phương án hiệu quả tập trung chủ yếu ở vùng mà hàm mục tiêu Φ2 có giá trị nhỏ. Điều đó có nghĩa là vùng tham số mà KCB ổn định có nhiều phương án hiệu quả hơn so với vùng KCB kém ổn định.
Trong số các phương án chấp nhận được thuộc tập D, nhận thấy phương án ứng với i = 831 là phương án có hàm mục tiêu về tính điều khiển được nhỏ
nhất. Giả thiết cần lựa chọn phương án thiết kế tối ưu về tính điều khiển được ta chọn phương án i = 831 (gọi là phương án B) là điểm xuất phát để tìm kiếm cực trị cục bộ cho bài tốn tối ưu tính điều khiển được của KCB.
Hình 4.23. Các phương án tìm kiếm trong khơng gian mục tiêu khi tìm kiếm trong miền P với N = 1024
Chọn điểm B là tâm của vùng khơng gian tìm kiếm mới P1. Biên của P1 theo các tọa độ được lấy bằng ±5% so với tâm là điểm B. Giới hạn vùng khơng gian tìm kiếm P1 được thể hiện trên Bảng 4.17. Trong đó, nhận thấy khi tăng ±5% tọa độ sải cánh của điểm B thì nhận được giá trị vượt quá vùng tìm kiếm ban đầu P. Do đó, chọn giới hạn trên của tham số sải cánh vùng không gian P làm giới hạn mới cho vùng không gian P1.
Bảng 4.17. Giới hạn vùng khơng gian tìm kiếm P1
Tọa độ L (mm) χ (độ) b0 (mm) bk (mm) xa (mm)
Tâm B 94,619 2,373 48,926 30,859 0,195
Cận dưới 89,888 2,254 46,480 29,316 0,185
Cận trên 95 2,492 51,372 32,402 0,205
Tiến hành giải bài toán tối ưu cho N = 64 điểm trong vùng khơng gian tìm kiếm mới. Nhận được tập G gồm 64 điểm.
Hình 4.24. Các phương án tìm kiếm trong khơng gian mục tiêu khi tìm kiếm trong miền P1 với N = 64
Chọn giới hạn hàm mục tiêu là giá trị các hàm mục tiêu của phương án B, nhận được tập D gồm 2 điểm chấp nhận được (Hình 4.24).
Φ** = 0,9794;Φ** = 5,0251;Φ** = 0,5383; (4.8) Nhận thấy phương án B1 (tương ứng với i = 51) cho giá trị hàm mục tiêu về tính điều khiển được tốt nhất trong số các phương án chấp nhận được. Đồng thời, hàm mục tiêu hệ số chất lượng khí động và tính ổn định của B1 cũng tốt hơn so với B.
Kết quả so sánh giá trị các hàm mục tiêu của phương án B1 so với phương án B nhận thấy: hệ số chất lượng khí động của B1 tốt hơn B 1,6%, tính điều khiển được của B1 tốt hơn B 0,5%, tính ổn định của B1 tốt hơn B 1,6% (Bảng 4.18).
3
Bảng 4.18. Bảng so sánh giá trị các hàm mục tiêu phương án B và B1Phương án Φ1 Φ2 Φ3 Phương án Φ1 Φ2 Φ3 p/a cơ sở 0,99 5,102 0,8787 B 0,9794 5,0251 0,5383 B1 0,9524 5,000 0,5297 ε (B1,B), % -2,76% -0,5% -1,6%
Như vậy, sau vịng lặp đầu tiên ta tìm được phương án B1 có hàm mục tiêu về hệ số chất lượng khí động, tính ổn định và tính điều khiển được đều tốt hơn so với phương án B.
Ở vòng lặp tiếp theo, chọn B1 làm tâm vùng giới hạn khơng gian tìm kiếm mới, kí hiệu là P2. Biên của P2 theo các tọa độ được lấy bằng ±5% so với tọa độ tâm là điểm B1. Giới hạn vùng khơng gian tìm kiếm P2 được thể hiện trên Bảng 4.19.
Bảng 4.19. Giới hạn vùng khơng gian tìm kiếm P2
Tọa độ L (mm) χ (độ) b0 (mm) bk (mm) xa (mm)
Tâm B1 93,962 2,258 48,238 31,872 0,194
Cận dưới 89,264 2,145 45,826 30,278 0,184
Cận trên 95 2,371 50,650 33,465 0,204
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 khơng gian P2.
Giải bài tốn tối ưu trong vùng khơng gian tìm kiếm mới P2 với N = 64 nhận được tập G gồm 64 phương án. Chọn giới hạn các hàm mục tiêu là giá trị các hàm mục tiêu của B1:
Khi đó nhận được D là tập rỗng do khơng có phương án tìm kiếm nào có chất lượng khí động tốt hơn B1.
Hình 4.25. Các phương án tìm kiếm trong khơng gian mục tiêu khi tìm kiếm trong miền P2 với N = 64
Tăng số lượng các phương án tìm kiếm lên giá trị N = 128. Tiếp tục giải bài tốn đối với vùng khơng gian tham số P2. Ta nhận được tập G gồm 128 phương án. Tuy nhiên khơng có phương án nào thỏa mãn ràng buộc các hàm mục tiêu nên tập D vẫn rỗng.
Nhận thấy, trong số 128 phương án thiết kế của tập G, giá trị hàm mục tiêu về chất lượng khí động ít biến đổi. Phương án có chất lượng khí động tốt là Φ1 (A15 ) = 0, 9506 . Phương án có hệ số chất lượng khí động kém nhất là
Φ1 (A16 ) = 0, 9579 . Sai lệch giữa 2 phương án là 0,8%. Do vậy giả thiết có thể
bỏ qua hàm mục tiêu về chất lượng khí động khi lựa chọn phương án thiết kế tối ưu trong số các phương án này. Khi đó, ta nhận được tập D chứa một phương án B2 tương ứng với i = 17 (Hình 4.26).
Hình 4.26. Các phương án tìm kiếm trong khơng gian mục tiêu khi tìm kiếm trong miền P2 với N = 128
Bảng 4.20 thể hiện kết quả so sánh giá trị các hàm mục tiêu tướng ứng về chất lượng khí động, tính ổn định và tính điều khiển được của các phương án B2 và B1.
Bảng 4.20. Bảng so sánh giá trị các hàm mục tiêu phương án B1 và B2
Phương án Φ1 Φ2 Φ3
B1 0,9524 5,000 0,5297
B2 0,9533 4,7393 0,5286
ε (B2,B1), % 0,09% -5,21% -0,2%
Như vậy, ta nhận được phương án B2 tối ưu hơn phương án B1 về tính điều khiển được 0,2%. Đồng thời tính ổn định của B2 cũng tốt hơn B1 5,21%. Phương án B2 có thể coi là nghiệm tối ưu của bài toán. Tọa độ của B2 thể hiện trên Bảng 4.21.
Bảng 4.21. Các tham số thiết kế phương án B2
Tọa độ L (mm) χ (độ) b0 (mm) bk (mm) xa (mm)
B2 92,3113 2,1521 50,1978 32,5687 0,2034
4.4. Mô phỏng quỹ đạo bay phương án thiết kế tối ưu
Để kiểm tra khả năng điều khiển của KCB với phương án tối ưu tham số bộ cánh trước tối ưu luận án tiến hành giải bài tốn mơ phỏng động lực học bay cho KCB với phương án thiết kế B2 ứng với một số kịch bản tấn công mục tiêu cơ động ở các cự ly và vận tốc khác nhau.
4.4.1. Mục tiêu ở cự ly 500 m
Mô phỏng quỹ đạo KCB tấn công mục tiêu cơ động theo phương ngang ở cự ly 500 m với vận tốc VMT = 10 km/h. Kết quả mô phỏng nhận được quỹ đạo KCB như các Hình 4.27 và Hình 4.28.
Hình 4.27. Quỹ đạo khí cụ bay trong mặt phẳng đứng khi mục tiêu ở cự ly 500 m
Hình 4.28. Quỹ đạo khí cụ bay trong mặt phẳng ngang khi mục tiêu ở cự ly 500 m Phân tích kết quả nhận được các thơng số sau:
- Vận tốc hành trình của KCB: 124÷129,1 (m/s); - Vận tốc góc quay: 6,4 ÷8,15 (vịng/s);
- Thời gian bay: 4,24 (s) - Độ chính xác dẫn: 0,6 (m); - Vận tốc trung bình: 117,9 (m/s);
Như vậy, KCB có khả năng tấn cơng mục tiêu cơ động theo phương ngang với vận tốc 10 km/h ở cự ly 500 m với độ chính xác dẫn 0,6 m.
4.4.2. Mục tiêu ở cự ly 2.500 m
Mô phỏng kịch bản tấn công mục tiêu cơ động theo phương ngang ở cự ly 2.500 m với vận tốc VMT = 70 km/h. Kết quả mô phỏng nhận được đồ thị quỹ đạo như các Hình 4.29 và Hình 4.30.
Hình 4.29. Quỹ đạo khí cụ bay trong mặt phẳng đứng khi mục tiêu ở cự ly 2.500 m
Phân tích kết quả quả ta nhận được các thơng số sau: - Vận tốc hành trình của KCB: 108÷129,1 (m/s);
- Vận tốc góc quay: 6,4 ÷8,17 (vịng/s); - Thời gian bay: 22,1 (s)
- Độ chính xác dẫn: 0,6 (m); - Vận tốc trung bình: 114,8 (m/s);
Như vậy, KCB có khả năng tấn cơng mục tiêu cơ động theo phương ngang với vận tốc 70 km/h ở cự ly 2.500 m.
4.5. Kết luận chương 4
Chương 4 luận án đã kiểm chứng phương pháp xác định bộ hệ số khí động KCB bằng phần mềm MD; kiểm chứng chương trình mơ phỏng động lực học bay đã xây dựng ở Chương 2. Chương 4 cũng đã tiến hành giải bài toán tối ưu tham số thiết kế bộ cánh trước của KCB điều khiển một kênh cải tiến. Phương án cơ sở để tối ưu là một phương án cải tiến đã được thử nghiệm thành công. Kết quả nhận được phương án thiết kế tối ưu theo tính điều khiển, đồng thời tính ổn định và chất lượng khí động tốt hơn so với phương án cơ sở. Kết quả kiểm chứng chương trình mơ phỏng động lực học bay được thể hiện trong cơng trình [CT4].
KẾT LUẬN Các kết quả đạt được của luận án:
Với việc chọn đối tượng nghiên cứu là biên dạng khí động của KCB điều khiển một kênh cải tiến sử dụng dây vi cáp kiểu KCB CT14M, đề tài luận án đã hoàn thành mục tiêu đề ra, thực hiện được các nội dung sau:
- Trên cơ sở phân tích tổng quan về bài tốn tối ưu biên dạng khí động KCB; các phương pháp tối ưu biên dạng khí động; xu hướng phát triển KCB điều khiển một kênh; đánh giá các vấn đề tồn tại; luận án đã đưa ra hướng nghiên cứu là xây dựng và giải bài tốn tối ưu biên dạng khí động KCB điều khiển một kênh bằng phương pháp PSI sử dụng chuỗi LPτ kết hợp tính tốn bộ hệ số khí động bằng Missile Datcom.
- Luận án đã xây dựng chương trình mơ phỏng động lực học bay của KCB điều khiển một kênh bằng ngơn ngữ MatlabSimulink. Chương trình cho phép khảo sát tự động các phương án thiết kế khác nhau của KCB cũng như các kịch bản tấn công mục tiêu khác nhau.
- Luận án đã xây dựng bài toán tối ưu biên dạng khí động KCB dựa trên các hàm mục tiêu là hệ số chất lượng khí động, tính ổn định và điều khiển được của KCB. Trình bày phương pháp giải bài toán tối ưu theo thuật toán phương pháp PSI sử dụng chuỗi LPτ dựa trên phân tích kết quả bài tốn mơ phỏng động lực học bay.
- Giải bài toán tối ưu các tham số thiết kế bộ cánh trước của KCB điều khiển một kênh cải tiến kiểu CT14M.
Những đóng góp mới của luận án:
- Đã xây dựng được mơ hình tốn và chương trình mơ phỏng động lực học bay của một lớp khí cụ bay điều khiển một kênh bằng dây vi cáp.
khiển một kênh bằng phương pháp nghiên cứu không gian tham số sử dụng chuỗi LPτ . Ứng dụng phương pháp này đã xác định được bộ tham số thiết kế tối ưu cho bộ cánh trước của một loại khí cụ bay điều khiển một kênh tại Việt Nam.
Hướng nghiên cứu tiếp theo:
Do điều kiện thời gian, một số nội dung nghiên cứu của luận án chưa được thực hiện. Hướng nghiên cứu có thể được triển khai tiếp theo của là: - Hồn thiện mơ hình tốn lực căng dây vi cáp có tính đến độ võng dây do khối
lượng và ảnh hưởng của điều kiện khí tượng;
- Kiểm chứng phương án thiết kế tối ưu bằng thử nghiệm bắn bay ở các kịch bản mục tiêu khác nhau.
- Tối ưu biên dạng khí động các loại KCB khác với các dạng hàm mục tiêu và ràng buộc khác nhau.
DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ
[CT1] Nguyễn Văn Chúc, Trần Mạnh Tuân, Vũ Mạnh Tuấn, Lê Đức Hạnh, Lê Quang Sỹ, (2020), “Nghiên cứu tối ưu hình dạng khí động tên lửa điều
khiển chống tăng tầm gần”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, số Đặc san
Hội thảo Quốc gia FEE, tr.230-237.
[CT2] Tran Manh Tuan, Nguyen Phu Thang, Nguyen Ngoc Dien, (2021), “Multiobjective optimizations of the aerodynamic shape of the front fusage of
a controlled flying aircraft by parameter space investigation”, Journal of
Mechanical Engineering Research and Developments, Vol. 44, pp.101-111. [CT3] Чан Мань Туан, Буй Ван Тиен, (2021), “Многокритериальная
оптимизация параметров несущих поверхностей управляемого летательного аппарата”, Инновационные научные исследования, №11-
2(13), стр.38-51.
[CT4] Trần Mạnh Tuân, Nguyễn Văn Chúc, Lê Đức Hạnh, Phan Thế Sơn, (2021), “Nghiên cứu xác định lực căng dây cáp tên lửa có điều khiển”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, số Đặc san HNKH dành cho NCS và CBNC trẻ, tr.103-109.
[CT5] Буй Ван Тиен, Чан Мань Туан, Нгуен Хыу Шон, (2021),
“Оптимизация формы сверхзвукового тела вращения в рамках гипотезы локального взаимодействия”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân
sự, Số Đặc san Tên lửa, tr.72-78.
[CT6] Trần Xuân Diệu, Nguyễn Trần Duy, Trần Mạnh Tuân, (2021), “Tính
tốn thời điểm mở bảo hiểm cho ngịi nổ tên lửa chống tăng tầm gần”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, số Đặc san HNKH dành cho NCS và CBNC trẻ, tr.94-102.