Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số hình dạng đến hệ số khí động học của Tên lửa phòng không tầm thấp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:169

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm xây dựng cơ sở lý thuyết, xác định tham số thiết kế phối trí khí động, đặc biệt quan tâm tới giải pháp giảm lực cản chính diện đảm bảo tính gọn nhẹ, đồng thời đảm bảo chức năng tự dẫn của lớp tên lửa này. Mời các bạn tham khảo nội dung chi tiết đề tài!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số hình dạng đến hệ số khí động học của Tên lửa phòng không tầm thấp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN PHÚ HOÀNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ HÌNH DẠNG ĐẾN HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG HỌC CỦA TÊN LỬA PHÒNG KHÔNG TẦM THẤP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN PHÚ HOÀNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ HÌNH DẠNG ĐẾN HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG HỌC CỦA TÊN LỬA PHÒNG KHÔNG TẦM THẤP Chuy n ng nh: Cơ kỹ thuật M số: 9 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS NGUYỄN VĂN CHÚC 2. TS NGUYỄN VĂN SƠN HÀ NỘI – 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây l công trình nghi n cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS Nguyễn Văn Chúc, TS Nguyễn Văn Sơn. Các số liệu, kết quả đƣợc trình b y trong luận án l trung thực v chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học n o khác, các dữ liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ. Tác giả luận án Trần Phú Hoành
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình l m luận án, tôi đ nhận đƣợc sự chỉ bảo v giúp đỡ tận trình của tập thể giáo vi n hƣớng dẫn, các chuy n gia, các nh khoa học, cũng nhƣ các đồng nghiệp trong v ngo i đơn vị phụ trách nghi n cứu sinh (NCS). NCS b y tỏ sự biết ơn sâu sắc tới tập thể cán bộ giáo vi n hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Chúc, TS Nguyễn Văn Sơn, cùng các nhà khoa học v các đồng nghiệp đ trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể ho n th nh đƣợc luận án n y. NCS xin chân th nh cảm ơn l nh đạo Viện KH-CNQS, thủ trƣởng v các cán bộ, nhân vi n Phòng Đ o tạo/ Viện KH-CNQS; Thủ trƣởng v cán bộ phụ trách đ o tạo của Viện T n lửa đ giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập v l m luận án. NCS chân th nh cảm ơn Phòng Thiết kế hệ thống/ Viện T n lửa nơi tôi học tập v công tác đ tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. NCS chân th nh cảm ơn các Nh khoa học đ cho luận án những ý kiến đóng góp quý báu. Xin chân th nh cảm ơn gia đình, bạn bè v các đồng nghiệp đ động vi n, chia sẻ v giúp đỡ tôi vƣơn l n ho n th nh nhiệm vụ học tập v công trình luận án n y.
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................ vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................ vii DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... xi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM PHỐI TRÍ, KHÍ ĐỘNG LỚP TÊN LỬA PHÒNG KHÔNG TẦM THẤP ............................................. 6 1.1. Tổng quan về tên lửa phòng không tầm thấp ............................................. 6 1.2. Đặc điểm khí động TLPKTT nói chung và TLPKTT kiểu I nói riêng .... 12 1.3. Vấn đề xác định các hệ số khí động học của lớp TLPKTT nói chung và tên lửa TLPKTT kiểu I nói riêng................................................................ 15 1.3.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới ....................................... 15 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.......................................................... 22 1.4. Kết luận chƣơng 1 .................................................................................... 24 CHƢƠNG 2 MÔ HÌNH KHÍ ĐỘNG TÍNH TOÁN LỰC VÀ MÔ MEN CỦA TÊN LỬA CÓ TÍNH ĐỐI XỨNG ........................................................ 26 2.1. Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp xác định hệ số khí động của lớp tên lửa quay quanh trục dọc ........................................................................................ 27 2.1.1. Hệ số lực nâng ................................................................................. 27 2.1.2. Hệ số lực cản chính diện .................................................................. 28 2.1.3. Hệ số mô men lắc ngang ................................................................. 28 2.1.4. Hệ số mô men xoắn ........................................................................ 29 2.2. Xây dựng mô hình tính toán lực v mô men khí động của TLPKTT ...... 29 2.2.1. Chuyển từ hệ tọa độ liên kết sang hệ trục tọa độ trụ............................. 31 2.2.2. Các hệ số khí động chịu ảnh hƣởng của các góc lệch cánh lái . ........ 36 2.2.3. Tính các hệ số khí động cho TLPKTT kiểu I ........................... 38 2.3. Phƣơng pháp sử dụng phần mềm mô phỏng khí động học ANSYS.CFX .... 40 2.3.1. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp ......................................................... 40
2.3.2. Xây dựng mô hình tính và các kết quả đạt đƣợc................................... 44 2.3.3. Sử dụng phần mềm ANSYS.CFX cho đối tƣợng TLPKTT kiểu I ....... 48 2.4. Ứng dụng kết quả mô phỏng ANSYS, xác định các hệ số của phƣơng trình tính và đối với dòng TLPKTT kiểu I ............................. 53 2.4.1. Xác định hệ số của phƣơng trình ..................................................... 53 2.4.2. Xác định hệ số của phƣơng trình .................................................... 55 2.5. Kết luận chƣơng 2 .................................................................................... 60 CHƢƠNG 3 PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG TLPKTT BẰNG XỬ LÝ SỐ LIỆU BẮN THỰC NGHIỆM VÀ THUẬT TOÁN HIỆU CHỈNH SỐ LIỆU ..................................................................... 61 3.1. Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp xác định hệ số khí động TLPKTT kiểu I bằng xử lý kết quả đo đạc bắn thực nghiệm ................................................. 62 3.1.1. Nguy n lý cơ bản .................................................................................. 62 3.1.2. Đối tƣợng thử nghiệm ........................................................................... 62 3.1.3. Thiết bị đo phục vụ thử nghiệm ............................................................ 63 3.1.4. Các yêu cầu khi thử nghiệm .................................................................. 64 3.2. Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo tham số quỹ đạo phục vụ thử nghiệm ... 64 3.2.1. Điều kiện thử nghiệm ............................................................................ 64 3.2.2. Mô hình toán và xây dựng phần mềm tính toán các tham số khí động qua các số liệu thử nghiệm ..................................................................... 65 3.2.3. Trình tự tính toán................................................................................... 66 3.2.4. Những vấn đề cần lƣu ý trong thử nghiệm ........................................... 75 3.3. Ứng dụng xác định một số tham số khí động cho TLPKTT kiểu I ......... 76 3.3.1 Xử lý kết quả nhận dựa trên mô hình toán dành cho tên lửa một kênh kết hợp với sử dụng phần mô phỏng ANSYS.CFX ............................... 77 3.3.2. Nhận dạng các hệ số.............................................................................. 79 3.4. Mô phỏng động lực học vòng điều khiển tr n cơ sở các tham số khí động đ tính toán ............................................................................................. 83
3.4.1. Mô hình toán học chuyển động của tên lửa .......................................... 83 3.4.2. Mô hình toán học chuyển động của mục tiêu ....................................... 85 3.4.3. Các giả thiết khi tiến hành mô phỏng ................................................... 87 3.4.4. Các tham số đầu vào ............................................................................. 88 3.4.5. Triển khai mô hình toán học trên công cụ Matlab-Simulink ................ 89 3.4.6. Kết quả mô phỏng ................................................................................. 96 3.4.7. Nhận xét kết quả mô phỏng ................................................................ 103 3.5. Kiểm tra quy trình tính toán xử lý dữ liệu thực nghiệm ........................ 104 3.6. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................. 108 CHƢƠNG 4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ HÌNH DẠNG TỚI BỘ HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG CỦA TLPKTT KIỂU I .......... 109 4.1. Một số tham số hình dạng ảnh hƣởng đến hệ số lực cản chính diện .... 109 4.1.1. Đánh giá ảnh hƣởng của tham số độ d i TKĐ tới hệ số đặc trƣng lực cản chính diện Cx .................................................................................... 111 4.1.2. Đánh giá khả năng giảm lực cản chính diện của TKĐ ở các góc tấn khác nhau....................................................................................................... 120 4.1.3. Đánh giá ảnh hƣởng của tham số ―số vòng ren‖ của TKĐ tới Cx ...... 121 4.2. Các tham số hình dạng ảnh hƣởng đến hệ số mô men xoắn ............ 128 4.3. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................. 138 KẾT LUẬN ................................................................................................... 139 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .............. 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 143 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 149
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 1. Các ký hiệu Hệ số lực cản chính diện Hệ số lực cản khi góc tấn và góc lệch cánh lái bằng 0 Hệ số lực cản cảm ứng Hệ số lực nâng Hệ số lực trƣợt cạnh Jx, Jy, Jz Mô men quán tính theo các trục tên lửa L Chiều d i đặc trƣng của tên lửa m Khối lƣợng tên lửa [kg] Hệ số mô men xoắn Hệ số mô men lắc ngang P Lực đẩy động cơ [N] q Áp suất động S Diện tích đặc trƣng của tên lửa Lực cản chính diện Lực nâng Lực trƣợt cạnh Góc tấn tổng , , Các vận tốc góc trong hệ tọa độ liên kết Góc kren khí động 2. Các chữ viết tắt ASU Hệ thống điều khiển tự động hóa MPADS Hệ thống tên lửa phòng không cá nhân PPXRR Phƣơng pháp xoáy rời rạc TBB Thiết bị bay TLPKTT Tên lửa phòng không tầm thấp
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Hệ thống Verba. ................................................................................ 8 Hình 1.2. Hệ thống Stinger. .............................................................................. 9 Hình 1.3. Hệ thống Mistral. ............................................................................ 10 Hình 1.4. Hệ thống Grom. ............................................................................... 11 Hình 1.5. Tên lửa phòng không tầm thấp kiểu I. ............................................ 12 Hình 1.6. Các dòng TLPKTT có đầu tự dẫn kiểu kim tự tháp. ...................... 14 Hình 1.7. Thanh khí động hình lăng trụ và dạng hình trụ tròn. ...................... 15 Hình 2.1. Hệ trục tọa độ liên kết Oxyz và hệ trục tọa độ trụ 0x . ................ 32 Hình 2.2. Các dạng đối xứng của cánh quả đạn.............................................. 33 Hình 2.3. Mô hình hình học, hệ tọa độ và vùng tính toán. ............................. 45 Hình 2.4. Kết quả chia lƣới bề mặt. ................................................................ 46 Hình 2.5. Các kết quả hội tụ............................................................................ 47 Hình 2.6. Mô hình hình học góc tấn tên lửa 100. ............................................ 48 Hình 2.7. Miền tính toán nhìn đẳng hƣớng. .................................................... 48 Hình 2.8. Miền tính toán nhìn từ trục x. ......................................................... 49 Hình 2.9. Miền tính toán nhìn từ trục y. ......................................................... 49 Hình 2.10. Miền tính toán nhìn từ trục z. ........................................................ 49 Hình 2.11. Lƣới toàn bộ miền tính toán. ......................................................... 50 Hình 2.12. Điều kiện đầu ra Outlet. ................................................................ 51 Hình 2.13. Điều kiện đầu vào Inlet. ................................................................ 51 Hình 2.14. Điều kiện biên bao quanh tên lửa Wall. ........................................ 51 Hình 2.15. Trƣờng áp suất trên bề mặt tên lửa. .............................................. 52 Hình 2.16. Phân bố vận tốc trên mặt cắt (z=0). .............................................. 52 Hình 2.17. Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt (z=0). ............................................. 53 Hình 2.18. Phân tích lực tạo nên thành phần mô men giảm chấn ̅̅̅̅ ..... 56
Hình 3.1. Giá phóng và bản vẽ mô hình quả đạn ............................................ 63 Hình 3.2. Trình tự tính toán xử lý dữ liệu. ...................................................... 74 Hình 3.3. Đồ thị dạng lƣới của Cx 0 ( ,  ) khi V = 400 [m/s] ............................ 79 Hình 3.4. Mô hình mô phỏng động lực học vòng điều khiển tên lửa kiểu I bằng công cụ Matlab Simulink ..................................................................... 89 Hình 3.5. Mô hình tính toán tham số vận tốc V .............................................. 89 Hình 3.6. Mô hình tính toán tham số góc nghiêng quỹ đạo ζ ......................... 90 Hình 3.7. Mô hình tính toán tham số góc hƣớng quỹ đạo Ψ .......................... 90 Hình 3.8. Mô hình tính toán tham số vận tốc góc ωx ...................................... 90 Hình 3.9. Mô hình tính toán tham số vận tốc góc ωy ...................................... 91 Hình 3.10. Mô hình tính toán tham số vận tốc góc ωz .................................... 91 Hình 3.11. Mô hình tính toán các tham số khí động Cx, Cy, Cz ...................... 91 Hình 3.12. Mô hình tính toán tham số lực cản khí động Xa ........................... 92 Hình 3.13. Mô hình tính toán tham số lực nâng khí động Ya ......................... 92 Hình 3.14. Mô hình tính toán tham số lực dạt khí động Za ............................ 92 Hình 3.15. Mô hình tính toán các tham số mô men khí động mx, my, mz ...... 92 Hình 3.16. Mô hình tính toán mô men khí động Mx ....................................... 93 Hình 3.17. Mô hình tính toán mô men khí động My ....................................... 93 Hình 3.18. Mô hình tính toán mô men khí động Mz ....................................... 93 Hình 3.19. Mô hình tính toán góc chúc góc υ ................................................. 93 Hình 3.20. Mô hình tính toán góc hƣớng ψ .................................................... 94 Hình 3.21. Mô hình tính toán góc nghi ng b n γ............................................ 94 Hình 3.22. Mô hình tính toán tọa độ tên lửa trong không gian ...................... 94 Hình 3.23. Mô hình tính toán góc tấn α v góc trƣợt cạnh β .......................... 95 Hình 3.24. Mô hình tính toán, mô phỏng đầu tự dẫn tên lửa .......................... 95 Hình 3.25. Mô hình tính toán, mô phỏng máy lái tên lửa ............................... 95 Hình 3.26. Mô hình tính toán, mô phỏng chuyển động của mục tiêu............. 96
Hình 3.27. Quỹ đạo của tên lửa khi bắn không điều khiển............................. 96 Hình 3.28. Đồ thị tham số động học của tên lửa khi bắn không điều khiển ....... 97 Hình 3.29. Quỹ đạo của tên lửa khi bắn mục tiêu số 01 ................................. 97 Hình 3.30. Đồ thị tham số động học của tên lửa khi bắn mục tiêu số 01 ....... 98 Hình 3.31. Quỹ đạo của tên lửa khi bắn mục tiêu số 02 ................................. 98 Hình 3.32. Đồ thị tham số động học của tên lửa khi bắn mục tiêu số 02 ....... 99 Hình 3.33. Quỹ đạo của tên lửa khi bắn mục tiêu số 03 ................................. 99 Hình 3.34. Đồ thị tham số động học của tên lửa khi bắn mục tiêu số 03 ..... 100 Hình 3.35. Quỹ đạo tên lửa khi bắn mục tiêu số 04...................................... 100 Hình 3.36. Đồ thị tham số động học của tên lửa khi bắn mục tiêu số 04 ..... 101 Hình 3.37. Quỹ đạo của tên lửa khi bắn mục tiêu số 05 ............................... 101 Hình 3.38. Đồ thị tham số động học của tên lửa khi bắn mục tiêu số 05 ..... 102 Hình 3.39. So sánh kết quả tính toán quỹ đạo trong không gian .................. 105 Hình 3.40. So sánh kết quả tính toán các lực khí động................................. 106 Hình 3.41. So sánh kết quả tính toán mô men khí động ............................... 106 Hình 3.42. Sai số tính toán các lực khí động theo b i toán ngƣợc ............... 107 Hình 4.2. Thanh khí động của lớp TLPKTT kiểu I ...................................... 110 Hình 4.3. Tên lửa Trident II .......................................................................... 110 Hình 4.4. Sự lan truyền của sóng nhiễu động nhỏ từ các nguồn nhiễu động chuyển động với các vùng vận tốc khác nhau. .................................... 111 Hình 4.5. Sự hình thành sóng xung kích khi vật thể chuyển động với vận tốc trên âm ..................................................................................................... 113 Hình 4.6. Sự phụ thuộc dạng sóng xung kích với phần mũi của vật thể ...... 114 Hình 4.7. Sự hình thành phần đầu v đuôi của sóng xung kích.................... 115 Hình 4.8. Dòng siêu âm bao quanh Profil cánh. ........................................... 115 Hình 4.9. Tham số hình học của phần đầu quả đạn I trên thực tế ................ 117
Hình 4.10. Phân bố nhiệt độ môi trƣờng xung quanh TKĐ với các trƣờng hợp TKĐ có độ dài khác nhau ...................................................................... 118 Hình 4.11. Bức tranh dòng chảy bao quanh TKĐ với các trƣờng hợp TKĐ có độ dài khác nhau.............................................................................. 119 Hình 4.12. Đồ thị phụ thuộc hệ số đặc trƣng lực cản chính diện Cx............. 119 Hình 4.13. Đồ thị hệ số cản khí động với các góc tấn khác nhau ................. 120 Hình 4.14. Sự biến đổi các thông số khí quyển trên sóng xung kích thẳng. ..... 121 Hình 4.15. Máy bay Su 24M và máy bay F5 ................................................ 123 Hình 4.16. Phân bố áp suất, các điểm gây sóng kích cục bộ tr n TKĐ ........ 123 Hình 4.17. Chia lƣới trên bề mặt TKĐ ......................................................... 125 Hình 4.18. Bức tranh dòng chảy bao quanh TKĐ ........................................ 125 Hình 4.19. Đƣờng dòng chảy bao quanh TKĐ ............................................. 126 Hình 4.20. Đặc tính đƣờng dòng bao quả đạn trên mặt cắt z = 0.075 .......... 129 Hình 4.21. Phân bố áp suất trên quả đạn - a) Bỏ cánh ổn định; b) Bỏ cánh phá ổn định; c) Giữ nguyên thiết kế cơ bản. ................................................. 130 Hình 4.22. Hình chiếu quả đạn từ các trục Ox và Oz. .................................. 132 Hình 4.23. Đồ thị mô men Mx theo độ dài bản cánh .............................. 133 Hình 4.22. Đồ thị vận tốc góc với vận tốc góc quay ban đầu khác nhau. .... 134 Hình 4.23. Đồ thị vận tốc góc với các vận tốc bay V khác nhau.................. 135 Hình 4.24. Đồ thị vận tốc góc tƣơng ứng với góc lật cánh phá ổn định ...... 136 Hình 4.25. Đồ thị vận tốc góc tƣơng ứng với góc lật cánh ổn định ............ 137
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Hệ số ........................................................................................ 54 Bảng 2.2. Hệ số .......................................................................................... 54 Bảng 2.3. Hệ số và ................................................................................ 55 Bảng 2.4. Hệ số ................................................................................... 57 Bảng 2.5. Hệ số ̅̅̅̅ .................................................................................. 58 Bảng 2.6. Hệ số ........................................................................................ 58 Bảng 2.7. Hệ số mô men tại các điểm lựa chọn........................................ 59 Bảng 2.8. Hệ số ................................................................. 60 Bảng 3.1. Bảng Cosin các góc giữa các trục hệ tọa độ liên kết và mặt đất .... 71 Bảng 3.2. Tham số Cx 0 ( ,  ) khi V = 400 [m/s] ............................................... 79 Bảng 3.3. Các hệ số khí động thành phần của hệ số lực cản khí động C x .... 81 Bảng 3.4. Các hệ số khí động thành phần của hệ số lực nâng khí động C y .... 81 Bảng 3.5. Các hệ số khí động thành phần của hệ số lực dạt khí động C z .... 82 Bảng 3.6. Đánh giá kết quả nhận dạng một số tham số khí động tên lửa ....... 83 Bảng 3.7. Các tham số của tên lửa .................................................................. 88 Bảng 3.8. Tham số các loại mục tiêu .............................................................. 89 Bảng 3.9. So sánh sai số cự ly tại điểm gặp khi sử dụng các bộ hệ số khí động khác nhau.............................................................................................. 102 Bảng 3.10. Các tham số của tên lửa mô hình giả định.................................. 105 Bảng 3.11. Sai số khi tính toán theo b i toán ngƣợc .................................... 107 Bảng 4.1. Sự phụ thuộc hệ số Cx vào các số vòng ren của TKĐ .................. 127 Bảng 4.2. Kết quả tính mô men lực. ............................................................. 130 Bảng 4.3. Bảng giá trị phụ thuộc vào góc lệch . .................................... 131 Bảng 4.4. Các tham số đầu v o phƣơng trình 4.11 ....................................... 134
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Tên lửa tự dẫn hồng ngoại đất đối không tầm thấp kiểu I đang đƣợc quan tâm hiện nay không chỉ ở nƣớc ta mà ở rất nhiều nƣớc trên thế giới. Đây là loại tên lửa có điều khiển có tính hiệu quả cao trong tác chiến, đƣợc trang bị cho cá nhân hoặc tổ hợp trên xe cơ giới. Chúng đƣợc nghiên cứu chế tạo phù hợp và hiệu quả trong chiến tranh hiện đại nhằm tiêu diệt các mục tiêu trên không tầm thấp nhƣ: t n lửa hành trình, máy bay tốc độ thấp, trực thăng vũ trang v trực thăng đổ bộ....Cùng họ với tên lửa I có nhiều tên lửa đ đƣợc trang bị trong quân đội ta, có những tên lửa đ phát huy đƣợc tính hiệu quả của nó tại chiến trƣờng Miền Nam. Chủ trƣơng của quân đội ta hiện nay là từng bƣớc ứng dụng khoa học kỹ thuật, cải tiến hiện đại hoá các trang bị quân sự, trong đó đặc biệt quan tâm đến các loại tên lửa tự dẫn hồng ngoại điều khiển một kênh thuộc tổ hợp tên lửa phòng không tầm thấp. Tuy nhiên, chúng ta không có đầy đủ bộ tài liệu tính toán thiết kế. Điều đó gây khó khăn trong việc cải tiến, hiện đại hóa cũng nhƣ l m chủ công nghệ chế tạo họ tên lửa này bằng công nghệ trong nƣớc. Do vậy, việc nghiên cứu sâu bản chất vật lý, cơ sở lý thuyết, tính toán xác định các tham số, làm sáng tỏ các vấn đề công nghệ đang đƣợc chuyển giao là vấn đề có tính khoa học và thực tiễn cao. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng cơ sở lý thuyết, xác định tham số thiết kế phối trí khí động, đặc biệt quan tâm tới giải pháp giảm lực cản chính diện đảm bảo tính gọn nhẹ, đồng thời đảm bảo chức năng tự dẫn của lớp tên lửa này. Để đạt mục tiêu trên, luận án xây dựng phƣơng pháp để xác định các hệ số đặc trƣng khí động học của tên lửa phòng không tầm thấp (TLPKTT) nói chung và TLPKTT kiểu I nói riêng, tr n cơ sở kết hợp các phƣơng pháp để
nâng cao độ tin cậy kết quả tính toán. Hai phƣơng pháp đƣợc xây dựng trong luận án là: - Xây dựng thuật toán xác định bộ hệ số khí động dành cho dòng TLPKTT kiểu I, có kết hợp với phần mềm tính toán mô phỏng khí động ANSYS CFX; - Phƣơng pháp xử lý số liệu bắn thực nghiệm. Tìm đƣợc bộ hệ số đặc trƣng khí động học của TLPKTT kiểu I có độ chính xác cao, sử dụng đƣợc cho các bƣớc cải tiến, nâng cao hiệu quả chiến đấu sau này. Đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của các tham số hình dạng đến các hệ số đặc trƣng khí động học của TLPKTT kiểu I, qua đó đƣa ra các đề xuất các giải pháp nâng cấp, cải tiến tên lửa dựa trên sự thay đổi về thiết kế và biên dạng của đạn. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Các vấn đề nghiên cứu, giải quyết của luận án chủ yếu tập trung vào khí động học bay của TLPKTT điều khiển theo một kênh. Do loại TLPKTT điều khiển theo một k nh (đối tƣợng nghiên cứu của luận án) có đặc trƣng khác biệt so với các thiết bị bay thông thƣờng là: - Kích thƣớc nhỏ gọn, các cánh đƣợc bố trí đối xứng xung quanh trục dọc và bay ở tốc độ hành trình ổn định trên âm. - Trong quá trình bay có điều khiển, tốc độ bay của tên lửa phải luôn đƣợc giữ ổn định và tên lửa quay cƣỡng bức xung quay trục dọc với một tốc độ góc xác định không đổi. Vì vậy các vấn đề giải quyết của luận án sẽ tập trung vào nghiên cứu, khảo sát đánh giá sự ảnh hƣởng của các tham số hình dạng đến các đặc trƣng khí động học của một lớp tên lửa với những đặc trƣng nhƣ đ n u ở trên, khi bay ở tốc độ tr n âm v điều kiện đảm bảo tốc độ góc quay xung quanh trục
dọc của tên lửa đƣợc duy trì ổn định. Do tính chất quan trọng của hai hệ số: lực cản chính diện và hệ số mô men xoắn là giảm sức cản, tăng cƣờng hiệu quả làm việc của động cơ v ổn định sự quay của tên lửa giúp hệ thống điều khiển tạo nên tín hiệu điều khiển chính xác tới máy lái. Cho phép quả đạn tiếp cận mục tiêu chính xác và tiêu diệt mục tiêu. Vì những lý do đó m trong các nội dung nghiên cứu xác định các hệ số đặc trƣng khí động và nội dung đánh giá các ảnh hƣởng của tham số hình dạng, NCS tập trung nghiên cứu vào hai hệ số quan trọng này. 4. Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu của luận án là sự kết hợp giữa cơ sở lý thuyết về khí động học v động học bay điều khiển tên lửa với nghiên cứu, khảo sát thực tế về đối tƣợng TLPKTT điều khiển theo một kênh, vì vậy cơ sở lý luận và thực tiễn tập trung vào các vấn đề sau: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về khí động, động học bay điều khiển tên lửa: mối liên hệ đan chéo giữa các tham số hình dạng và các tham số khí động, xây dựng các phƣơng trình động học mô tả chuyển động có điều khiển của TLPKTT. - Nghiên cứu các phƣơng pháp xác định hệ số khí động bằng ống khí động, xây dựng b i toán ngƣợc xác định các hệ số khí động, bằng phần mềm mô phỏng chuyên dụng về khí động học ANSYS v các phƣơng pháp tính toán thực nghiệm, tính toán lý thuyết khác. Có so sánh kết quả tính toán; - Nghiên cứu, khảo sát thực tế về TLPKTT: xác định các đặc trƣng cơ bản của loại tên lửa này về hình dạng, phối trí khí động, phƣơng pháp điều khiển quỹ đạo bay, phạm vi hoạt động (thời gian, dải tốc độ, dải độ cao bay); - Phƣơng pháp, công cụ đánh giá sự phụ thuộc của các tham số khí động vào các tham số hình dạng trong điều kiện ứng dụng công cụ phần mềm mô phỏng chuyên dụng.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án là nghiên cứu cơ sở lý luận và khảo sát thực tế các vấn đề về TLPKTT điều khiển một k nh nhƣ đ trình b y ở trên, giải b i toán khí động học bay cụ thể đối với TLPKTT kiểu I. NCS trình bày các phƣơng pháp xác định hệ số khí động của TLPKTT bao gồm phƣơng pháp: Xây dựng mô hình toán phù hợp (đối tƣợng TLPKTT điều khiển một kênh, có tính tới yếu tố ảnh hƣởng của hiện tƣợng đan k nh) kết hợp ứng dụng các phƣơng pháp mô phỏng khí động học (phƣơng pháp tính toán lý thuyết), phƣơng pháp xử lý số liệu kết quả bắn thực nghiệm (phƣơng pháp thực nghiệm) và trình bày cơ sở lý thuyết phƣơng pháp hiệu chỉnh số liệu kết quả nhận đƣợc. Tr n cơ sở các phƣơng pháp xác định hệ số khí động đƣợc xây dựng. NCS tiến h nh đánh giá một số tham số hình dạng để thấy đƣợc sự ảnh hƣởng của chúng lên hai hệ số khí động học cơ bản là hệ số lực cản Cx, hệ số mô men xoắn mx. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 6.1. Ý nghĩa khoa học Các vấn đề nghiên cứu, giải quyết của luận án là các vấn đề khoa học đang rất đƣợc quan tâm v đ đƣợc các cƣờng quốc về kỹ thuật quân sự trên thế giới nghiên cứu, thử nghiệm đƣa v o ứng dụng, song cơ sở lý thuyết cũng nhƣ các kết quả nghiên cứu về các vấn đề n y không đƣợc công bố. Vì vậy đối với chúng ta đây l vấn đề mới và thực sự có ý nghĩa khoa học. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án sẽ làm sáng tỏ hơn về cơ sở khoa học và giải đáp vấn đề tại sao trên TLPKTT kiểu I, chóp khí động lại có hình dạng kiểu thanh với các ren xoắn và có chiều d i, đƣờng kính...nhƣ vậy cũng nhƣ vấn đề phối trí khí động các cánh đuôi, cánh lái, cánh phá ổn định…tr n
tên lửa. Kết quả đạt đƣợc của luận án có thể làm tài liệu giảng dạy, tài liệu để nghiên cứu sâu hơn về đặc trƣng khí động, đặc trƣng hình dạng của lớp TLPKTT điều khiển một kênh, từ đó đề xuất các phƣơng án cải biến thay đổi một số tham số hình dạng thanh khí động, thay đổi phối trí khí động và hình dạng các cánh… nâng cao chất lƣợng khí động của tên lửa. Phục vụ trực tiếp cho mục tiêu phát triển sản phẩm Quốc gia cũng nhƣ cho công tác đảm bảo sẵn sàng chiến đấu của quân đội. 7. Bố cục của luận án Luận án gồm các phần chính nhƣ sau: - Phần mở đầu - Chƣơng I: Tổng quan đặc điểm phối trí, khí động lớp tên lửa phòng không tầm thấp kiểu I; - Chƣơng II: Xây dựng mô hình toán xác định các hệ số khí động của lớp TLPKTT v cơ sở lý thuyết phƣơng pháp xác định hệ số khí động bằng phần mềm mô phỏng khí động ANSYS.CFX; - Chƣơng III: Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp xác định hệ số khí động bằng xử lý số liệu bắn thực nghiệm v cơ sở lý thuyết phƣơng pháp hiệu chỉnh hệ số khí động; - Chƣơng IV: Đánh giá ảnh hƣởng của các tham số hình dạng đến đặc trƣng khí động của tên lửa phòng không tầm thấp kiểu I; - Phần kết luận.
6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM PHỐI TRÍ, KHÍ ĐỘNG LỚP TÊN LỬA PHÒNG KHÔNG TẦM THẤP 1.1. Tổng quan về tên lửa phòng không tầm thấp T n lửa phòng không tầm thấp (TLPKTT) vác vai (Tiếng Nga переноснойзенитно-ракетный комплек (ПЗРК) – (Tổ hợp t n lửa phòng không mang vác) –Tiếng Anh Man-portable air-defense systems (MANPADS hoặc MPADS – (Hệ thống t n lửa phòng không cá nhân) l loại t n lửa cỡ nhỏ, gọn nhẹ, có tính cơ động v hiệu quả cao trong tác chiến phòng không tầm thấp. Cho đến nay TLPKTT đ có lịch sử phát triển lâu d i 50 năm, qua ba thế hệ với tr n 30 chủng loại khác nhau. Những cuộc chiến tranh, xung đột trƣớc kia nhƣ chiến tranh Việt Nam (giai đoạn 1965-1975), Afghanistan (1982-1989), hay cuộc chiến trong những thập kỷ gần đây tại Irắc (2003- 2011), cuộc nội chiến tại Syria (từ năm 2011 – nay),... đ chứng tỏ các phƣơng tiện tiến công đƣờng không tầm thấp chủ yếu l các máy bay cƣờng kích chiến trƣờng, các máy bay trực thăng. Khi đó, những TLPKTT thế hệ cũ, có vai trò rất quan trọng chống lại các phƣơng tiện bay thấp đó [5], [10], [35], [36]. TLPKTT thế hệ 1 đƣợc bắt đầu nghi n cứu phát triển v đƣa v o trang bị từ những năm 50, 60 của thế kỷ trƣớc [36], ví dụ nhƣ: T n lửa ―Redeye‖ (Mỹ), ―Strela-2‖ v ―Strela-2M‖ SA-7 (Li n Xô cũ). Các loại t n lửa n y có nhiều nhƣợc điểm nhƣ: chỉ có thể bắn đuổi, khả năng chống nhiễm kém,... n n phạm vi sử dụng rất hạn chế. TLPKTT thế hệ 2 đƣợc nghi n cứu phát triển từ đầu những năm 70 đến cuối những năm 70 thế kỷ XX, đầu những năm 80 đƣợc đƣa v o trang bị cho quân đội. Điển hình cho thế hệ 2 l loại ―Stinger POST‖ (Mỹ), SA-14 và SA-
7 15 (Li n Xô cũ). Do có đầu dẫn đƣờng tƣơng đối ti n tiến, có khả năng tác chiến to n phƣơng vị v đƣợc trang bị đi kèm thiết bị phân biệt địch-ta nên TLPKTT thế hệ hai vẫn còn đƣợc trang bị ở nhiều nƣớc. TLPKTT thế hệ 3 đƣợc nghi n cứu phát triển trong những năm 80 thế kỷ XX, đầu những năm 90 đƣợc đƣa v o trang bị. Điển hình cho thế hệ 3 l loại ―Stinger RMPII‖ (Mỹ), ―I-1‖ SA-16 v ―I‖ SA-18 (Li n Xô cũ). Các loại t n lửa n y đƣợc trang bị đầu tìm nhạy hơn, có khả năng chống nhiễu tƣơng đối mạnh, bƣớc đầu đƣợc thông minh hóa (ví dụ: có hai k nh hồng ngoại, nhớ đƣợc nhiễu nền, thực hiện so sánh giữa hai k nh để phát hiện v loại nhiễu, có cơ chế điều khiển điểm chạm về phía tâm của mục ti u,...) Hiện nay, TLPKTT thế hệ thứ 4 đang đƣợc nghi n cứu chế tạo theo hƣớng ti n tiến v thông minh hóa hơn, đồng thời nâng các tính năng kỹ- chiến thuật khác nhƣ: tầm bắn hiệu quả, độ cao bắn hiệu quả, tăng uy lực phần chiến đấu để tăng xác suất sát thƣơng mục ti u,... Điển hình cho thế hệ 4 l loại ―Stinger RMPII‖ (Mỹ), ―I-S‖, ―I-N‖, ―I-D‖ (Nga). Trung Quốc có TLPKTT thế hệ 1 l HN-5A, HN-5B, HN-5C; thế hệ 2: QW-1, QW-1A, QW-1M; thế hệ 3: QW-2, QW-3; thế hệ 4: QW-4, FN-6. Anh có 3 loại TLPKTT l ―Blowpipe‖, ―Javelin‖, ―Starburst‖; Pháp có ―Mistral‖; Thụy Điển có ―Bofors‖ RBS-70; Nhật Bản có ―Keiko‖, Pakistan có TLPKTT ―Anzac‖ MK2,… Dƣới đây l hình ảnh v thông tin cụ thể một số loại TLPKTT hiện đại v ti u biểu nhất tr n thế giới. TLPKTT „Verba‟của Nga Đây l loại TLPKTT mới nhất của Nga [60], hiện nay trung tâm KBM (Конструкторское бюро машиностроения) đ chuyển giao một cơ số hệ thống Verba cấp trung đo n cho Lục quân Nga v cấp sƣ đo n cho Bộ đội đổ bộ đƣờng không.