Cx 0,455 0,456 0,453 0,456 0,455 Cy -2,754 -1,329 0 1,329 2,754 mx0 0,623 0,573 0,477 0,573 0,623 mz0 0,591 0,284 0 -0,284 0,591 mxωx -0,696 -0,652 -0,543 -0,652 -0,696 mzωz -0,420 -0,398 -0,383 -0,398 -0,420
Sử dụng chương trình mơ phỏng quỹ đạo ở Chương 2 tiến hành mô phỏng chuyển động KCB CT14M với một số kịch bản cự ly mục tiêu khác nhau. Kết quả mô phỏng được tổng hợp ở Bảng 4.6.
Bảng 4.6. Kết quả mơ phỏng chuyển động khí cụ bay CT14M STT Tầmbắn (m) Vận tốc MT (km/h) Toạ độ MT ban đầu zMT0 (m) Hướng chuyển động của MT
Thời gian bay (s) Kết quả mô phỏng 1 1500 10 0 Ra xa 12±0,9 Đạt 2 1500 20 0 Ra xa 12±0,9 Đạt 3 1500 40 70 Từ biên 12±0,9 Đạt 4 1500 50 87 Từ biên 12±0,9 Đạt 5 2000 60 140 Từ biên 16,5±1,2 Đạt 6 2500 50 195 Từ biên 20,3±1,5 Đạt 7 3000 70 246 Từ biên 24,5±1,8 Đạt 8 1000 30 0 Từ tâm 7,8±0,8 Đạt 9 750 20 0 Từ tâm 5,8±0,7 Đạt 10 500 10 0 Từ tâm 3,9±0,6 Đạt
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
KCB CT14M [15]. Dưới đây trình bày kết quả 2 trường hợp ở cự ly xa nhất (kịch bản số 7) và cự ly gần nhất (kịch bản số 10).
4.2.1.1. Kết quả mô phỏng ở cự ly 3.000 m
Tham số mục tiêu: xMT0 = 3.000 (m); yMT0 = 2 (m); zMT0 = 246 (m); VMT0
= 70 (km/h); ΨMT0 = 900. Kết quả mô phỏng nhận được quỹ đạo chuyển động bay của KCB trong mặt phẳng đứng và ngang như thể hiện trên Hình 4.8 và Hình 4.9. Đồ thị thay đổi vận tốc của KCB được thể hiện trên Hình 4.10. Đồ thị thay đổi vận tốc góc như trên Hình 4.11.
Hình 4.8. Quỹ đạo khí cụ bay trong mặt phẳng đứng khi mục tiêu ở cự ly 3.000 m
Hình 4.10. Đồ thị vận tốc khí cụ bay khi mục tiêu ở cự ly 3.000 m
Hình 4.11. Đồ thị vận tốc góc khí cụ bay khi mục tiêu ở cự ly 3.000 m Phân tích kết quả ta nhận được các thơng số sau:
- Vận tốc hành trình của KCB: 116,4÷125,9 (m/s); - Tốc độ góc quay: 7,8 ÷8,4 (vịng/s);
- Thời gian bay: 25,38 (s); - Độ chính xác dẫn: 0,4 (m); - Vận tốc trung bình: 120,7 (m/s);
4.2.1.2. Kết quả mô phỏng ở cự ly 500 m
Các thông số mục tiêu là: xMT0 = 500(m); yMT0 = 2(m); zMT0 = 0(m);VMT0
bay của KCB trong mặt phẳng đứng và ngang như thể hiện trên Hình 4.12 và Hình 4.13. Đồ thị thay đổi vận tốc theo thời gian của KCB được thể hiện trên Hình 4.14. Đồ thị thay đổi vận tốc góc như trên Hình 4.15.
Hình 4.12. Quỹ đạo khí cụ bay trong mặt phẳng đứng khi mục tiêu ở cự ly 500 m
Hình 4.13. Quỹ đạo khí cụ bay trong mặt phẳng ngang khi mục tiêu ở cự ly 500 m
Hình 4.15. Đồ thị vận tốc góc khí cụ bay khi mục tiêu ở cự ly 500 m Phân tích kết quả ta nhận được các thơng số sau: m Phân tích kết quả ta nhận được các thơng số sau:
- Vận tốc hành trình của KCB: 126÷127,2 (m/s); - Vận tốc góc quay: 7,8 ÷8,4 (vịng/s);
- Thời gian bay: 4,3 (s)
- Độ chính xác dẫn: 0,63 (m); - Vận tốc trung bình: 120 (m/s);
Như vậy, ở các cự ly xa nhất và gần nhất, KCB đều được điều khiển bắn trúng mục tiêu với độ chính xác dẫn dưới 0,63 m. Kết quả mơ phỏng cho thấy KCB CT14M đáp ứng các chỉ tiêu chiến – kỹ thuật cơ bản về tầm bắn, tốc độ và tốc độ góc như cơng bố.
4.2.2. Kiểm chứng đối với một phương án khí cụ bay CT14M cải tiến
Một phương án KCB được cải tiến từ KCB CT14M với phần thân trước là đầu nổ xuyên lõm kiểu tandem đã được bắn thử nghiệm với mục tiêu cố định ở cự ly 1.800 m. Biên dạng phối trí khí động của phương án như được trình bày trong Phụ lục 4. Luận án tiến hành kiểm chứng tính đúng đắn của mơ hình lực căng dây vi cáp điều khiển.
Các tham số khối lượng, quán tính, trọng tâm của phương án KCB cải tiến được xác định bằng đo đạc khảo sát thực tế (Bảng 4.7) [1].
Bảng 4.7. Các tham số khối lượng, quán tính khí cụ bay cải tiếnt (s) m (kg) xT (m) Jxx (kg.m2) Jyy = Jzz (kg.m2) t (s) m (kg) xT (m) Jxx (kg.m2) Jyy = Jzz (kg.m2)
0 13 0,632 0,031 0,667
0,65 12,17 0,633 0,029 0,663
26,1 9,27 0,594 0,025 0,611
Bộ hệ số khí động của KCB CT14M cải tiến được xác định bằng phần mềm MD. Kết quả tính tốn được trình bày trong Bảng 4.8.
Bảng 4.8. Hệ số khí động khí cụ bay CT14M cải tiến
α (độ) -10 -5 0 5 10 Cx 0,504 0,505 0,502 0,505 0,504 Cy -2,975 -1,396 0 1,396 2,975 mx0 0,626 0,564 0,476 0,564 0,626 mz0 0,475 0,181 0 -0,181 -0,475 mxωx -0,668 -0,620 -0,541 -0,620 -0,668 mzωz -1,393 -1,590 -1,546 -1,590 -1,393
Phương án KCB cải tiến này đã được bắn thử nghiệm thành công bắn trúng mục tiêu. Trong quá trình thử nghiệm đã tiến hành đo ghi lực căng dây vi cáp điều khiển. Lực căng dây vi cáp được đo bằng cảm biến kiểu áp điện tại bệ phóng. Sơ đồ gá đặt cảm biến đo lực căng dây vi cáp như Hình 4.16.
Hình 4.16. Sơ đồ gá đặt cảm biến đo lực căng dây cáp
phỏng chuyển động của phương án KCB cải tiến ở cự ly mục tiêu cố định 1.800 m. Kết quả nhận được đồ thị so sánh lực căng dây vi cáp (Hình 4.17).
Hình 4.17. Đồ thị so sánh lực căng dây vi cáp 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 tốn mơ phỏng động lực học bay KCB. Như vậy, chương trình tính tốn mơ phỏng chuyển động KCB và mơ hình lực căng dây vi cáp được xây dựng đúng đắn. Do đó, có thể dùng chương trình này để mơ phỏng khảo sát chuyển động của các KCB điều khiển một kênh kiểu CT14M sử dụng dây vi cáp.
4.3. Tối ưu tham số thiết kế bộ cánh trước cho khí cụ bay điều khiển mộtkênh cải tiến kiểu CT14M kênh cải tiến kiểu CT14M
Khí cụ bay điều khiển một kênh sử dụng dây vi cáp được cải tiến từ KCB CT14M với phần chiến đấu sử dụng đầu nổ xuyên lõm kiểu tandem. Phần thân bay bao gồm động cơ, hệ thống điều khiển trên khoang và đài điều khiển mặt đất được giữ nguyên như KCB CT14M. Điều này làm thay đổi các tham số phân bố khối lượng, trọng tâm và quán tính của KCB. Để đảm bảo khả năng điều khiển và ổn định của KCB khi đó cần giải bài tốn tối ưu biên dạng khí động của KCB. Do các tham số phối trí khí động phần thân và cánh
ổn định không đổi nên các tham số tối ưu là các tham số thiết kế bộ cánh trước của KCB.
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.
4.3.1. Xác định các ràng buộc tham số thiết kế
Biên dạng cánh trước của KCB được giới hạn bởi các điểm A3, A4, A5 và A6. Các tham số thiết kế cánh trước là: Sải cánh L; Vị trí lắp cánh xa; Góc mũi tên χ; Dây cung gốc cánh b0 và dây cung mút cánh bk (Hình 4.18).
Hình 4.18. Các tham số thiết kế cánh trước
Một phương án cải tiến KCB điều khiển với bộ tham số thiết kế cánh trước đã được chế tạo và thử nghiệm thành công là:
[L χ b b
x ]*
= [170 0 60 45 2] (4.3) Bản cánh có chiều dày khơng đổi là 2mm. Phương án thiết kế này được lựa chọn làm phương án cơ sở giải bài toán tối ưu.
Để xác định vùng tìm kiếm phương án thiết kế tối ưu, luận án tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các tham số thiết kế tới các hàm mục tiêu và ràng buộc. Mỗi tham số thiết kế được thay đổi trong vùng khảo sát trong khi các tham số khác giữ nguyên như phương án cơ sở. Giải bài tốn mơ phỏng động lực học bay cho từng phương án khảo sát với mục tiêu cố định ở cự ly 2.500
k
m và tính tốn giá trị các hàm mục tiêu, ràng buộc tương ứng. Giả thiết các tham số khối lượng, quán tính, động cơ của KCB được giữ nguyên không thay đổi trong tất cả các phương án khảo sát.
4.3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của vị trí lắp cánh
Cụm cánh trước được bố trí lắp ráp trên đoạn cơn của phần chiến đấu. Vị trí lắp cụm cánh trước được xác định bởi giá trị của tham số xa, là khoảng
cách của điểm bắt đầu dây cung gốc cánh tới đáy nhỏ của hình cơn. Vùng khảo sát của tham số xa trong khoảng 0 mm đến 40 mm với mỗi bước khảo sát là 10 mm. Bảng 4.9 tổng hợp kết quả các tham số mô phỏng động lực học KCB tương ứng với các phương án khảo sát tham số vị trí lắp cánh.
Bảng 4.9. Bảng phụ thuộc các tham số vào vị trí cánh
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 khơng 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 không mong muốn. Trong giới hạn khảo sát, khi sải cánh q 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;