Một số cơng trình khoa học nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động KCB đã được cơng bố. Tanil và cộng sự trình bày tối ưu hóa hình dạng thiết kế biên dạng khí động KCB sử dụng GA kết hợp tính tốn bộ hệ số khí động với mơ phỏng động lực học bay [33]. Bộ hệ số khí động học được tính tốn bằng phần mềm MD. Giải bài tốn mơ phỏng động lực học bay được thực hiện bằng MATLAB Simulink. Tác giả sử dụng công cụ tối ưu theo GA của MATLAB để giải bài toán tối ưu. Các tham số tối ưu là tồn bộ cấu hình phối trí khí động của KCB. Hàm mục tiêu được chọn là cực tiểu khối lượng KCB khi phóng với các ràng buộc là tầm bay tối đa và vận tốc tối đa.
Riddle sử dụng GA để tối ưu biên dạng khí động cho KCB sử dụng nhiên liệu lỏng [28]. Nghiên cứu kết hợp sử dụng hai phần mềm tính tốn các hệ số khí động học là Aerodsn và Missile Datcom. Hàm mục tiêu được chọn là cực tiểu khối lượng KCB. Vidanovic sử dụng GA đa mục tiêu để tối ưu biên dạng khí động cho KCB bay với vận tốc trên âm [35]. Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng số động lực học dòng chảy (Computational Fluild Dynamics - CFD) kết hợp với nghiên cứu thử nghiệm để tính tốn các
hệ số lực cản và lực nâng tại các giá trị số Mach và góc tấn khác nhau. Hàm mục tiêu được chọn là cực đại tầm bay tối đa của KCB và cực tiểu khối lượng các bản cánh.
Yang và cộng sự sử dụng GA tối ưu biên dạng khí động cánh nâng và cánh lái của KCB có điều khiển với hàm mục tiêu là cực đại tầm bay tối đa [39]. Nghiên cứu dựa trên kết hợp tính tốn bộ hệ số khí động với phân tích quỹ đạo chuyển động bay của KCB. Anderson sử dụng GA tối ưu biên dạng khí động KCB với các dạng hàm mục tiêu khác nhau: cực đại hệ số lực pháp tuyến; cực đại hệ số lực pháp tuyến và cực tiểu hệ số lực cản; cực đại hệ số lực pháp tuyến, cực tiểu hệ số lực cản và cực đại độ dự trữ ổn định tĩnh [20].
Runduo và Xiaobing tối ưu hóa biên dạng khí động cho KCB có điều khiển tầm xa bằng GA đa mục tiêu [29]. Phương pháp bán thực nghiệm được sử dụng để tính tốn các hệ số khí động kết hợp thử nghiệm ống thổi khí động và mơ phỏng số CFD. Hàm mục tiêu là cực đại hệ số chất lượng khí động, cực đại độ dự trữ ổn định tĩnh và khả năng cơ động của KCB. Usta và các cộng sự sử dụng phương pháp PSO để tối ưu biên dạng khí động cho cánh lái KCB [34]. Nghiên cứu sử dụng 3 phương pháp tính tốn các hệ số khí động học ở số Mach trên âm là phương pháp White, MD và Navier-Stokes. Bài tốn hội tụ sau 67 bước lặp. Khí cụ bay tối ưu nhận được có hệ số mơ-men chúc ngóc giảm.
Xia và các cộng sự nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động học cho KCB trên âm và cánh cận âm sử dụng thuật toán PSO [37]. Kết quả nghiên cứu nhận được các hệ số lực cản giảm khoảng 14% cho cánh cận âm và 15% cho KCB trên âm. Feyzioglu nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động cho KCB với hàm mục tiêu là cực tiểu vận tốc góc của cánh lái với ràng buộc là giữ nguyên hệ số lực pháp tuyến của KCB [23]. Nghiên cứu sử dụng phương pháp
gradient ngược (Gradient Based Steppest Decent) kết hợp thuật tốn tìm kiếm theo đường (Line Search Algorithm). Hệ số lực pháp tuyến và vận tốc góc cánh lái đi được tính tốn bằng phương pháp CFD.
Omer Tankulu và Veysi Ercant tối ưu biên dạng khí động cho KCB không điều khiển với hàm mục tiêu là cực đại tầm bắn tối đa, ràng buộc là độ dự trữ ổn định tĩnh [27]; Colonno và các cộng sự đã thực hiện tối ưu hóa biên dạng khí động KCB với hàm mục tiêu là cực tiểu hệ số lực cản [21]. Ahmed sử dụng phương pháp Monte-Carlo để tối ưu hình dạng ngồi cho KCB trên âm với hàm mục tiêu là cực đại hệ số chất lượng khí động [18]. Hệ số lực cản, hệ số lực nâng của KCB được biểu diễn dưới dạng các biểu thức giải tích theo các tham số thiết kế biên dạng khí động KCB.
Các nghiên cứu tối ưu biên dạng khí động KCB sử dụng nhiều phương pháp với các dạng hàm mục tiêu và ràng buộc khác nhau. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm nhất định. Tuy nhiên, để giải quyết bài toán tối ưu biên dạng khí động nhiều hàm mục tiêu cho nhiều tham số thiết kế và nhiều hàm ràng buộc phức tạp như bài tốn tối ưu biên dạng khí động KCB điều khiển một kênh thì chưa có nghiên cứu nào trình bày đầy đủ và rõ ràng.
Tổng quan xu hướng phát triển khí cụ bay điều khiển một kênh 1.2.
1.2.1. Tổng quan về khí cụ bay điều khiển một kênh
Tổ hợp KCB điều khiển một kênh là loại vũ khí dùng để tiêu diệt xe tăng, xe bọc thép và các mục tiêu cố định ở cự ly từ 500 m tới 3.000 m. Trong các cuộc chiến, các tổ hợp KCB điều khiển một kênh luôn thể hiện được vai trị quan trọng, khơng thể thiếu của mình. Do đó, từ trước đến nay các tổ hợp KCB điều khiển một kênh luôn được các nước đầu tư nghiên cứu, phát triển, cải tiến và ln có trong trang bị của qn đội. Tính đến nay, KCB điều khiển một kênh đã trải qua 3 thế hệ phát triển [40].
Đại diện cho thế hệ thứ I là tổ hợp CT11. Thành phần của tổ hợp CT11 gồm có (Hình 1.2): khí cụ bay CT14M (1), vạch đường (3), giá phóng (2); ba lơ bệ phóng (5); đài điều khiển (7); kính ngắm (8); khối pin (9); cáp (6), giắc đi (4); cọc (10).
Khí cụ bay CT14M được thiết kế
cho phép lắp ghép từ 2 phần độc lập tách rời là phần chiến đấu và phần thân bay. Phần chiến đấu có dạng chóp nón và thân trụ trịn xoay chứa khối thuốc nổ bên trong. Phần thân bay bao gồm khối động cơ, khoang cánh và khối thiết bị trên khoang. Biên dạng khí động của KCB điều khiển một kênh có dạng như Phụ lục 1, trong đó cánh ổn định được bố trí ở phía đi. Khí cụ bay CT14M khơng sử dụng cánh lái khí động.
Khí cụ bay CT14M được phóng từ bệ phóng và được người điều khiển điều khiển tới mục tiêu (MT) bằng đài điều khiển mặt đất theo phương pháp 3 điểm (Manual command to line of sight - MCLOS) (Hình 1.3). Theo đó, người điều khiển ln tìm cách điều khiển KCB vào đường ngắm nối giữa người điều khiển và mục tiêu.
Hình 1.3. Phương pháp dẫn ba điểm
Q trình phóng và điều khiển KCB CT14M tới MT được thực hiện như sau [15], [58]: Ngay sau khi rời bệ phóng, do các góc lệch loa phụt ĐCP đặt
Hình 1.2. Tổ hợp khí cụ bay điều khiển một kênh CT11 khiển một kênh CT11
lệch so với đường sinh KCB góc 50’ nên lực đẩy ĐCP tạo mơ-men quay KCB quanh trục dọc. Tốc độ góc này được duy trì ở giai đoạn hành trình nhờ các cánh ổn định được đặt lệch góc so với đường sinh KCB góc 3015’. Động cơ hành trình cũng được khởi động đồng thời với ĐCP. Sau khoảng thời gian giữ chậm, khí cháy cao áp từ ĐCHT được cấp cho máy lái thông qua bộ lọc. Máy lái bắt đầu hoạt động, KCB khi đó có khả năng chấp hành lệnh điều khiển. Máy lái nhận tín hiệu điều khiển từ đài điều khiển thông qua dây vi cáp, điều khiển hai loa phụt ĐCHT lật qua lật lại sang hai bên, làm đổi hướng luồng phụt và sinh ra thành phần lực đẩy ĐCHT theo phương vng góc với trục dọc của KCB. Kết hợp với chuyển động quay của KCB quanh trục dọc, thành phần lực pháp tuyến này tạo ra lực điều khiển KCB theo hướng tương ứng.
Cuộn dây vi cáp (Hình 1.4) được bố trí trên phần thân của KCB. Một đầu cuộn dây gắn với hệ thống điều khiển trên khoang, một đầu gắn với đài điều khiển mặt đất. Trong quá trình bay, dây vi cáp liên tục được tời ra khỏi cuộn dây vi cáp lần lượt liên tục theo từng lớp.
Hình 1.4. Cuộn dây vi cáp khí cụ bay CT14M
Các tổ hợp KCB điều khiển một kênh thế hệ thứ II được điều khiển theo phương pháp bán tự động (Semi-automatic command to line of sight - SACLOS) bằng dây. Khi đó người điều khiển giữ đường ngắm thơng qua kính ngắm vào hướng mục tiêu, hệ thống điều khiển tự động đo sai lệch KCB so với đường ngắm và tự động điều khiển triệt tiêu sai lệch, đưa KCB bắn trúng mục tiêu.
dây vi cáp để truyền tín hiệu điều khiển từ đài điều khiển mặt đất lên KCB. Do đó, trong q trình bay KCB ln chịu tác động của lực căng dây vi cáp. Đây là loại tải trọng khác biệt so với các loại KCB điều khiển không sử dụng dây thông thường.
Các tổ hợp KCB điều khiển một kênh thế hệ I tuy là thế hệ cũ nhưng có nhiều ưu điểm như: giá thành sản xuất rẻ, số lượng dự trữ còn nhiều, phù hợp với điều kiện tác chiến của các nước đang phát triển như Việt Nam. Do đó, cũng như các nước khác trên thế giới, bên cạnh việc nghiên cứu phát triển, sản xuất hoặc mua sắm trang bị các tổ hợp KCB điều khiển một kênh thế hệ mới đã đặt ra yêu cầu cải tiến nâng cấp tổ hợp KCB CT11 để phù hợp với tác chiến hiện đại. Một số xu hướng nâng cấp cải tiến chính là [40]: nâng cao uy lực phần chiến đấu; vơ hiệu hóa giáp phản ứng nổ bằng đầu nổ 2 tầng xuyên lõm kiểu tan đem; tăng thêm khả năng chiến đấu với các loại mục tiêu khác bằng trang bị đầu nổ nhiệt áp; chuyển hệ thống điều khiển thủ công (MCLOS) sang điều khiển bán tự động (SACLOS)…