Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ XÁC ĐỊNH CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU TẢI LỚN NHẤT
2.3. Xác định trường hợp chịu tải lớn nhất của thân cánh tên lửa
Các phân tích ở trên và kết quả tính toán tương đối phù hợp. Kết quả tính toán này là điều kiện đầu vào không thể thiếu được trong quá trình thực hiện tính toán độ bền, độ quá tải của kết cấu thân cánh tên lửa. Độ chính xác của kết quả tính độ bền, độ quá tải phụ thuộc vào độ chính xác của các tham số động lực học đã được tính toán ở trên, các kết quả tính toán cũng khẳng định việc xây dựng mô hình động lực học của TLĐH là tương đối chính xác, các tham số và hệ số phù hợp với thực tiễn, do vậy kết quả này là có thể chấp nhận được để sử dụng làm đầu vào cho một số bài toán về sau.
Các trường hợp chịu tải nguy hiểm đối với thân tên lửa được xác định là khi các hệ số quá tải dọc và quá tải ngang đạt giá trị lớn nhất trên toàn bộ quỹ đạo. Các hệ số quá tải được tính theo công thức tương ứng:
- Hệ số quá tải theo phương Ox: x Fđco X
n G
- Hệ số quá tải theo phương Oy: y Y n G
- Hệ số quá tải theo phương Oz: z Z n G
Trong đó kí hiệu Fđco là lực đẩy động cơ, X,Y,Z là tổng các lực khí động tác dụng lên tên lửa, G là trọng lượng tên lửa.
Đồ thị hệ số quá tải nx như hình 2.11. Trên toàn bộ quỹ đạo, giai đoạn phóng có hệ số quá tải dọc lớn nhất do lực đẩy động cơ phóng lớn hơn nhiều so với động cơ hành trình. Đối với TLĐH quá tải dọc khi phóng lớn nhất nx = 14,24. Ở giai đoạn hành trình lực đẩy động cơ hành trình cân bằng với lực cản khí động, tên lửa bay với vận tốc ổn định nên quá tải dọc xấp xỉ bằng 0. Do đó, khi phóng là trường hợp cần phải tính toán độ bền kết cấu thân.
Hình 2.11. Đồ thị quá tải dọc nx
Các lực khí động Y và Z tác dụng lên thân tên lửa được biểu diễn qua các hệ số tương ứng:
. . . .
y M
z M
Y C q S Z C q S
Các hệ số này lại phụ thuộc vào các góc tấn, góc trượt của tên lửa và góc lệch cánh lái kênh điều khiển tương ứng:
Cy = Cy. + Cy. 1
Cz = Cz. + Cz .2
Từ kết quả giải bài toán quỹ đạo nhận được đồ thị các hệ số quá tải ngang thân ny, nz theo thời gian trong 100 giây đầu tiên như hình 2.12.
Nhận thấy giá trị hệ số quá tải ngang thay đổi mạnh ở giai đoạn đầu của quỹ đạo, khi mà tên lửa vòng về hướng chiến đấu và hạ độ cao xuống độ cao hành trình sát mặt biển. Ở giai đoạn bay hành trình, tên lửa ổn định độ cao nên các hệ số quá tải ít thay đổi. Trong đó hệ số quá tải ngang nz = 0 do tên lửa bay với góc trượt cạnh β = 0° và góc lệch cánh lái hướng δ2 = 0°. Quá tải ngang ny giữ không đổi đảm bảo cho tên lửa bay bằng.
Từ đồ thị hệ số quá tải nhận thấy có 2 thời điểm thân tên lửa có quá tải ngang lớn là khi vòng về hướng chiến đấu (nz = 2,89 ) và khi hạ độ cao đồng thời tiếp tục vòng về hướng chiến đấu (ny = 2,14 và nz = 2,29). Đây sẽ là 2 trường hợp tính toán độ bền kết cấu thân tên lửa khi bay hành trình.
Các trường hợp chịu tải nguy hiểm của cánh nâng và cánh lái là khi tải trọng khí động tác dụng lên chúng có giá trị lớn nhất. Hệ tọa độ khảo sát cánh nâng là hệ tọa độ gắn liền với bản cánh Ocxcyczc (hình 2.13).
Hình 2.13. Phối trí cánh nâng tên lửa
Tải trọng khí động theo các trục tương ứng của hệ tọa độ này tỉ lệ với hệ số khí động và thường được biểu diễn thông qua hệ số khí động theo các công thức:
Xc = CxCN.q.Scanh (2.116)
Yc = CyCN.q.Scanh (2.117) (Do cánh nâng sử dụng profil dạng đối xứng nên Zc = 0)
Các hệ số khí động cánh nâng phụ thuộc vào góc tấn làm việc của cánh αCN:
0 2
xCN xCN xiCN CN
yCN yCN CN
C C C
C C
(2.118)
trong đó: C0xCN - hệ số cản của cánh nâng khi góc tấn αCN = 0°
CxiCN - hệ số lực cản cảm ứng của cánh nâng xuất hiện khi αCN ≠ 0°
CyCN - đạo hàm hệ số lực pháp của cánh nâng theo αCN;
Đối với cánh nâng TLĐH được bố trí dạng X với góc lệch Ω = 45° thì giá trị góc tấn làm việc của một bản cánh nâng bằng [33]:
. os 2 .sin 2 2 2
CN c 2
(2.119) Từ công thức tính hệ số khí động cánh nâng nhận thấy các hệ số này tỉ lệ với góc tấn làm việc. Do vậy có thể dùng đại lượng góc tấn làm việc để đánh giá độ lớn tải trọng khí động. Ta có đồ thị phụ thuộc góc tấn làm việc của cánh nâng trong 100 giây đầu tiên của quỹ đạo như hình 2.14.
Hình 2.14. Góc tấn làm việc của cánh nâng Có 2 thời điểm góc tấn cánh nâng đạt giá trị lớn là:
- Khi tên lửa vòng về hướng chiến đấu do góc trượt cạnh lớn;
- Khi tên lửa hạ độ cao đồng thời tiếp tục vòng về hướng chiến đấu do góc tấn lớn và góc trượt cạnh vẫn đáng kể.
Ở giai đoạn bay bằng ổn định góc tấn làm việc của cánh nâng ít thay đổi và đạt giá trị thấp hơn.
Như vậy, ta xác định 2 trường hợp tính toán cần khảo sát độ bền kết cấu cánh nâng là khi tên lửa vòng về hướng chiến đấu và khi hạ độ cao.
Đối với cánh lái tên lửa do xuất hiện đại lượng góc lệch cánh δ, tương tự như cánh nâng các hệ số khí động được biểu diễn thông qua góc tấn làm việc αCL theo công thức:
0 2
xCL xCL xiCL CL
yCL yCN CL
C C C
C C
(2.120) trong đó:
0
CxCL - hệ số cản của cánh lái khi góc tấn αCL = 0°
CxiCL
- hệ số lực cản cảm ứng của cánh lái xuất hiện khi αCL ≠ 0°
CyCL - đạo hàm hệ số lực pháp của cánh lái theo αCL
Góc tấn làm việc của 01 bản cánh lái bằng:
. os 2 .sin 2 . os 2 2
CL c c 2
(2.121) Như vậy, tải trọng khí động tác dụng lên cánh lái lớn nhất khi góc tấn làm việc của cánh lái lớn nhất.
Đồ thị phụ thuộc của góc tấn làm việc của các cánh lái tầm (αCL1) và cánh lái hướng (αCL2) trong 100 giây đầu tiên của quỹ đạo như hình 2.15.
Hình 2.15. Góc tấn làm việc của cánh lái
Trong giai đoạn bay hành trình và đúng theo hướng chiến đấu giá trị góc tấn làm việc ít thay đổi.
Nhận thấy góc tấn làm việc cực đại của cánh lái hướng lớn hơn so với góc tấn làm việc cực đại của cánh lái tầm. Do vậy, cánh lái hướng sẽ được chọn để khảo sát độ bền. Đồng thời xác định được 2 trường hợp tính toán đối với cánh lái tầm CL2 là khi vòng về hướng chiến đấu và khi hạ độ cao.