xa (mm) 0 10 20 30 40 Cx0 0,515 0,514 0,514 0,513 0,512 Cy 0,308 0,307 0,306 0,305 0,304 Φ1 0,955 0,962 0,971 0,979 0,988 Φ2 4,115 3,472 3,003 2,646 2,353 Φ3 0,876 0,997 1,116 1,245 1,377 fz (Hz) 1,918 2,036 2,151 2,262 2,375 fx/fz 3,819 3,593 3,402 3,240 3,108 nyVmin 1,978 1,622 1,365 1,172 1,015 R (m) 593,0 725,3 867,8 1018,4 1186,8 αp.cb (độ) 5,9 5,9 5,8 5,7 5,5 Vtb (m/s) 116,3 116,4 116,8 117,3 117,8 Dmin (m) 0,418 0,900 1,441 1,877 2,377
tần số dao động riêng và tính ổn định của KCB tăng. Tuy nhiên, tính điều khiển được, tính cơ động và quá tải pháp tuyến cho phép của KCB bị giảm xuống. Nguyên nhân là do tâm áp của KCB bị dịch về phía sau làm tăng khoảng cách khối tâm - tâm áp, từ đó làm tăng tính ổn định của KCB. Hệ số chất lượng khí động giảm 3,5% giữa phương án lớn nhất và phương án nhỏ nhất. Góc tấn khơng gian của KCB ở giai đoạn hành trình giảm khoảng 11% giữa phương án có giá trị lớn nhất và nhỏ nhất. Góc tấn khơng gian giảm làm cho lực cản khí động tác dụng lên KCB giảm và làm tăng vận tốc hành trình của KCB. Tỉ số giữa tần số quay của KCB và tần số dao động riêng kênh chúc ngóc giảm nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Khi tăng dần khoảng cách lắp đặt cánh tới giá trị xa = 40 mm thì quá tải pháp tuyến nhỏ hơn giới hạn tối thiểu cho phép (ny.Vmin = 1,1). Khí cụ bay khi đó khơng thể duy trì quỹ đạo bay bằng, có xu hướng hạ thấp độ cao (Hình 4.19).
Hình 4.19. Ảnh hưởng vị trí cánh tới quỹ đạo khí cụ bay
Như vậy, khi dịch dần vị trí lắp cánh về phía đi KCB thì có một số tham số có xu hướng tốt hơn như: tần số dao động riêng kênh chúc ngóc, độ ổn định, góc tấn khơng gian và vận tốc bay trung bình của KCB. Tuy nhiên, một số tham số khác lại bị kém đi là tỉ số tần số quay và tần số dao động riêng
y, m
kênh chúc ngóc, hệ số chất lượng khí động, hệ số quá tải pháp tuyến, tính điều khiển được và khả năng bắn trúng mục tiêu của KCB. Khi tăng xa đến một giá
trị nhất định thì KCB khơng cịn khả năng điều khiển được tới mục tiêu.
4.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của sải cánh
Sải cánh được đặc trưng bởi khoảng cách từ trục đối xứng của KCB tới dây cung mút cánh. Giả thiết các tham số hình học khác của cánh trước không thay đổi. Cận dưới của sải cánh phụ thuộc vào đường kính thân KCB. Cận trên được giới hạn do kích thước hịm hộp bảo quản. Đồng thời, giá trị này không được quá lớn do phải đảm bảo điều kiện bền của cánh. Tham số sải cánh được khảo sát biến thiên trong khoảng từ 60 mm đến 95 mm.
Nhận thấy khi tăng sải cánh, do diện tích bản cánh tăng nên (Bảng 4.10): - Hệ số lực nâng và hệ số lực cản tăng; Hệ số chất lượng khí động tăng; - Hệ số quá tải pháp tuyến, tính điều khiển được và khả năng cơ động của KCB
tăng;
- Tần số dao động riêng và độ dự trữ ổn định giảm;
- Góc tấn cân bằng tăng, hệ số lực cản khí động tăng làm cho vận tốc hành trình trung bình giảm;
- Tỉ số giữa tần số quay của KCB và tần số dao động riêng tăng;
Như vậy, việc tăng sải cánh có một số lợi thế theo các tiêu chí về tính điều khiển, tính cơ động, hệ số chất lượng khí động. Tuy nhiên khi đó tính ổn định của KCB, hệ số lực cản khí động giảm; góc tấn tăng và vận tốc trung bình hành trình giảm là những điều khơng mong muốn. Trong giới hạn khảo sát, khi sải cánh quá nhỏ (L = 60 mm) thì KCB có hệ số q tải pháp tuyến khơng đủ duy trì quỹ đạo bay bằng của KCB tới mục tiêu. Khi sải cánh quá lớn (L = 95 mm), KCB có độ dự trữ ổn định thấp, bị rơi sau khi ra khỏi bệ phóng (Hình 4.20).
Hình 4.20. Ảnh hưởng sải cánh tới quỹ đạo khí cụ bay Bảng 4.10. Bảng phụ thuộc các tham số vào sải cảnh Bảng 4.10. Bảng phụ thuộc các tham số vào sải cảnh
L (mm) 60 65 70 75 80 85 90 95 Cx0 0,510 0,511 0,512 0,513 0,514 0,515 0,516 0,517 Cy 0,302 0,303 0,303 0,304 0,306 0,307 0,309 0,312 Φ1 1,002 0,990 0,982 0,975 0,967 0,959 0,951 0,943 Φ2 1,773 1,953 2,188 2,532 3,021 3,759 5,000 7,299 Φ3 1,781 1,572 1,427 1,279 1,111 0,950 0,800 - fz (Hz) 2,639 2,560 2,443 2,300 2,145 1,974 1,787 1,170 fx/fz 2,851 2,899 3,021 3,209 3,425 3,709 4,081 6,570 nyVmin 0,691 0,802 0,927 1,111 1,375 1,781 2,481 4,157 R (m) 1956 1520 1301 1076,2 860,9 655,2 464,2 307,7 αp.cb (độ) 5,4 5,4 5,4 5,5 5,7 5,8 5,9 - Vtb (m/s) 122,3 118,3 117,9 117,3 116,8 116,0 115,3 116,725 Dmin (m) 828,291 39,624 2,648 1,983 1,347 0,704 0,086 1823,997 y, m
4.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của góc mũi tên
Khảo sát ảnh hưởng của góc mũi tên cánh tới các tham số khí động và tham số động học của KCB. Vùng khảo sát từ 00 đến 300 với bước khảo sát là 50 . Kết quả mô phỏng khảo sát thể hiện trên Bảng 4.11.
Bảng 4.11. Bảng phụ thuộc các tham số vào góc mũi tên
χ (độ) 0 5 10 15 20 25 30 Cx0 0,515 0,514 0,514 0,514 0,513 0,513 0,512 Cy 0,307 0,306 0,305 0,304 0,303 0,303 0,302 Φ1 0,959 0,965 0,971 0,978 0,983 0,990 0,996 Φ2 3,759 3,378 3,049 2,786 2,551 2,353 2,169 Φ3 0,950 1,036 1,126 1,200 1,293 1,389 1,478 fz (Hz) 1,974 2,052 2,136 2,212 2,293 2,371 2,450 fx/fz 3,709 3,570 3,433 3,319 3,203 3,111 3,009 nyVmin 1,781 1,571 1,390 1,247 1,121 1,015 0,917 R (m) 655,2 746,0 850,0 951,8 1066,4 1186,0 1316,3 αp.cb (độ) 5,8 5,8 5,7 5,6 5,5 5,5 5,4 Vtb (m/s) 116,0 116,2 116,7 117,0 117,4 117,7 117,9 Dmin (m) 0,704 1,024 1,344 1,684 2,063 2,428 2,893 Nhận thấy, khi tăng góc mũi tên cánh, do diện tích bản cánh bị giảm nên: - Hệ số lực cản khí động và hệ số lực nâng giảm.
- Tâm áp bị dịch về phía đi nên độ ổn định của KCB tăng, tính điều khiển được, tính cơ động và quá tải pháp tuyến cho phép của KCB bị giảm.
- Tần số dao động riêng của KCB có xu hướng tốt hơn nhưng tỉ số giữa tần số quay và tần số dao động riêng bị kém đi.
- Góc tấn khơng gian cân bằng giảm, vận tốc hành trình của KCB tăng; - Khả năng bắn trúng mục tiêu của KCB giảm;
Tuy nhiên, sự phụ thuộc của các tham số trên vào góc mũi tên cánh là trong giới hạn vùng khảo sát là không nhiều.
4.3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của dây cung gốc cánh
Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài dây cung gốc cánh tới các tham số khí động và động học của KCB. Chiều dài dây cung gốc cánh được giới hạn trên bởi chiều cao nón cụt của đầu nổ là 80 mm. Chiều dài nhỏ nhất lấy bằng 45 mm. Bước khảo sát là 10 mm. Kết quả mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của dây cung gốc cánh tới các tham số quỹ đạo của KCB tương ứng được thể hiện như trên Bảng 4.12.
Bảng 4.12. Bảng phụ thuộc các tham số vào dây cung gốc cánh
b0 (mm) 45 50 55 60 65 70 75 80 Cx0 0,515 0,515 0,515 0,515 0,515 0,515 0,515 0,515 Cy 0,308 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 Φ1 0,958 0,958 0,958 0,959 0,960 0,961 0,961 0,962 Φ2 3,817 3,802 3,802 3,759 3,731 3,676 3,650 3,610 Φ3 0,999 0,977 0,961 0,950 0,968 0,976 0,981 0,984 fz (Hz) 1,978 1,976 1,971 1,974 1,982 1,984 1,989 1,990 fx/fz 3,713 3,715 3,719 3,709 3,699 3,680 3,659 3,645 nyVmin 1,811 1,804 1,804 1,781 1,765 1,735 1,720 1,699 R (m) 655,7 655,1 650,9 655,2 663,6 668,5 674,1 677,5 αp.cb (độ) 5,75 5,76 5,80 5,81 5,80 5,80 5,85 5,81 Vtb (m/s) 117,0 116,7 116,4 116,0 116,2 115,6 115,6 115,2 Dmin (m) 0,753 0,689 0,635 0,704 0,698 0,816 0,817 0,872
Nhận thấy, chiều dài dây cung gốc cánh trong khoảng khảo sát ảnh hưởng không nhiều đến các tham số khí động và động học của KCB do diện tích bản cánh thay đổi khơng nhiều.
4.3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của dây cung mút cánh
Chiều dài dây cung mút cánh được lấy trong khoảng từ 10 mm đến 60 mm. Điều này đảm bảo dây cung mút cánh có chiều dài khơng lớn hơn dây cung gốc cánh. Tiến hành giải bài tốn mơ phỏng động lực học KCB. Kết quả mô phỏng được thể hiện trong Bảng 4.13.
Bảng 4.13. Bảng phụ thuộc các tham số vào dây cung mút cánh
bk (mm) 10 20 30 40 50 60 Cx0 0,515 0,515 0,515 0,515 0,515 0,515 Cy 0,308 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 Φ1 0,958 0,958 0,958 0,959 0,960 0,961 Φ2 3,817 3,802 3,802 3,759 3,731 3,676 Φ3 0,999 0,977 0,961 0,950 0,968 0,976 fz (Hz) 1,978 1,976 1,971 1,974 1,982 1,984 fx/fz 3,713 3,715 3,719 3,709 3,699 3,680 nyVmin 1,811 1,804 1,804 1,781 1,765 1,735 R (m) 655,7 655,1 650,9 655,2 663,6 668,5 αp.cb (độ) 5,75 5,76 5,80 5,81 5,80 5,80 Vtb (m/s) 117,0 116,7 116,4 116,0 116,2 115,6 Dmin (m) 0,753 0,689 0,635 0,704 0,698 0,816
Kết quả mô phỏng khảo sát các phương án nhận thấy: khi tăng dần chiều dài dây cung mút cánh trong vùng khảo sát, các tham số khí động và động học của KCB ít bị thay đổi do diện tích cánh thay đổi không nhiều. Trong vùng khảo sát của dây cung mút cánh, giá trị các hàm ràng buộc đều nằm trong giới hạn cho phép.
Như vậy, dựa vào kết quả khảo sát ảnh hưởng của các tham số có thể rút ra một số kết luận sau:
- Khi thay đổi các tham số thiết kế cụm cánh làm thay đổi các đặc trưng khí động và động học của KCB. Tuy nhiên, tham số vị trí cánh và tham số sải cánh có ảnh hưởng đáng kể hơn cả. Các tham số khác của cánh khơng ảnh hưởng nhiều đến diện tích cánh nên ít ảnh hưởng đến các đặc trưng khí động và động học của KCB.
- Khi tăng độ ổn định sẽ làm giảm tính điều khiển của KCB và ngược lại. - Tần số dao động riêng kênh chúc ngóc và hệ số quá tải pháp tuyến cho phép có
chiều biến thiên ngược nhau. Giá trị giới hạn dưới của hệ số quá tải pháp tuyến cho phép và tần số dao động riêng kênh chúc ngóc có thể được dùng để giới hạn cho bài tốn thiết kế KCB có đủ độ ổn định và có khả năng điều khiển tới mục tiêu. Khi vượt ra ngoài phạm vi giới hạn của 2 tham số này KCB có thể bị gục hoặc khơng đủ khả năng duy trì quỹ đạo bay bằng.
- Tính điều khiển được và khả năng cơ động của KCB có chiều biến thiên giống nhau nên có thể chọn một trong hai tham số làm đại diện là hàm mục tiêu cho bài tốn tối ưu.
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 cịn lại có ảnh hưởng khơng 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. Điều này đảm bảo khả năng tìm được nghiệm tối ưu tốt nhất. Các tham số còn lại
được lấy dựa theo điều kiện thỏa mãn các ràng buộc hình học cịn lại.
Các ràng buộc và giới hạn đối với các tham số thiết kế bộ cánh trước khi đó được xác định như sau:
- Vị trí lắp cánh được xác định bằng khoảng cách từ đáy nhỏ của hình cơn tới đáy lớn của hình cơn. Theo kết quả khảo sát, giới hạn tìm kiếm của tham số vị trí lắp cánh xa = [0 mm; 40 mm].
- Cận dưới của sải cánh không nhỏ hơn bán kính thân KCB, cận trên khơng vượt quá giới hạn cho phép của hòm chứa và đảm bảo bền khi chịu uốn nhất định. Dựa theo kết quả khảo sát ảnh hưởng sơ bộ ta chọn vùng giới hạn của tham số thiết kế sải cánh là L = [65 mm; 95 mm].
- Chiều dài dây cung gốc cánh b0 được xác định sao cho cánh nằm trong đoạn côn của đầu nổ. Giới hạn chiều dài dây cung gốc cánh được chọn trong khoảng
b0 = [30 mm; 90mm].
- Chiều dài dây cung mút cánh được lấy trong khoảng bk = [10 mm; 90 mm]. Dây cung mút cánh có chiều dài nhỏ hơn dây cung gốc cánh. Điểm cuối dây cung mút cánh khơng vượt q đáy lớn của hình nón.
- Góc mũi tên cánh được lấy trong khoảng χ = [00; 300].
- Điểm kết thúc dây cung gốc cánh và dây cung mút cánh không vượt quá đáy lớn phần nón của đầu nổ.
4.3.2. Xác định tập các phương án chấp nhận được
Chọn chuỗi LPτ gồm N = 1024 điểm. Tiến hành tính tốn tọa độ các phương án tìm kiếm theo chuỗi LPτ theo như Mục 3.2.1 trong vùng khơng gian tìm kiếm P được giới hạn bởi các cận dưới và cận trên của các tham số thiết kế (4.4). Để giảm thiểu số lượng các phương án tính tốn, ở bước tính tốn khí động tiến hành loại bỏ các điểm khơng thỏa mãn các điều kiện ràng buộc hình học (4.5).
0 ≤ xa ≤ 40 65 ≤ L ≤ 95 30 ≤ b ≤ 90 (4.4) 0 10 ≤ b ≤ 90 k 0 ≤ χ ≤ 30 xa + b0 ≤ 90 bk ≤ b0 (4.5) x + L tan χ + b ≤ 90 a k
Kết quả nhận được 363 phương án còn lại. Giải và khảo sát kết quả bài tốn mơ phỏng động lực học bay KCB nhận được tập G gồm 53 phương án thỏa mãn tất cả các điều kiện ràng buộc của bài tốn (Hình 4.21).
Hình 4.21. Tập G trong khơng gian hàm mục tiêu
Từ 53 phương án thuộc tập G ta quan tâm đến các phương án mà tại đó các hàm mục tiêu đạt giá trị nhỏ nhất:
- Phương án ứng với i = 887 cho giá trị cực tiểu các hàm mục tiêu về hệ số chất lượng khí động Φ1 là phương án KCB có hệ số chất lượng khí động tốt nhất.
- Phương án ứng với i = 343 cho cực tiểu hàm mục tiêu về độ ổn định Φ2 là phương án KCB có độ ổn định cao nhất.
- Phương án ứng với i = 831 cho cực tiểu hàm mục tiêu về tính điều khiển được Φ3 là phương án KCB có tính điều khiển được tốt nhất.
Tọa độ của 3 điểm tương ứng với 3 phương án trên và của phương án cơ sở thể hiện trên Bảng 4.14.
Bảng 4.14. Một số phương án tối ưu theo các hàm mục tiêui L (mm) χ (độ) b0 (mm) bk (mm) xa (mm) Ghi chú 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** =