Luận án Khảo sát ảnh hưởng của độ mất cân bằng đầu đạn đến tản mát điểm chạm của súng bộ binh

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TẢN MÁT ĐIỂM CHẠM VÀ SỰ MẤT CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG CỦA ĐẦU ĐẠN 5

1.1. Tản mát điểm chạm 5

1.2. Sự mất cân bằng khối lượng của đầu đạn 8

1.2.1. Các khái niệm cơ bản về sự MCB của đầu đạn 9

1.2.2. Các nguyên nhân gây ra sự MCB của đầu đạn 16

1.2.3. Xác định độ mất cân bằng khối lượng của đầu đạn 18

1.3. Ảnh hưởng của sự mất cân bằng khối lượng đến tản mát điểm chạm 19

1.4. Các phương pháp nghiên cứu chuyển động của đầu đạn 21

1.4.1. Quá trình chuyển động của đầu đạn 22

1.4.2. Các phương pháp hiện đang được áp dụng 26

1.4.3. Phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu chuyển động trong nòng của đầu đạn 28

1.5. Mô phỏng ngẫu nhiên và ứng dụng trong nghiên cứu tản mát điểm chạm 34

1.5.1. Nghiên cứu tản mát bằng phương pháp giải tích 35

1.5.2. Nghiên cứu tản mát bằng phương pháp thử nghiệm thống kê 36

1.6. Kết luận chương 1 38

Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ MẤT CÂN BẰNG CỦA ĐẦU ĐẠN SÚNG BỘ BINH NHIỀU CẤU TỬ 40

2.1. Cơ sở lý thuyết 40

2.2. Thuật toán khởi tạo các đại lượng ngẫu nhiên để tính độ mất cân bằng 45

2.3. Tính toán độ mất cân bằng của đầu đạn 7,62 mm K56 lõi thép 48

2.3.1. Bộ bản vẽ và quy trình công nghệ chế tạo đầu đạn 48

2.3.2. Tạo các đại lượng ngẫu nhiên độ đảo hướng kính 50

2.3.3. Phân chia các phân hình cơ sở 52

2.3.4. Kết quả tính toán 56

2.4. Đo độ MCB của lô đầu đạn hiện đang đang sản xuất tại Z113 59

2.5. Kết luận chương 2 65

Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHUYỂN ĐỘNG TRONG NÒNG CỦA ĐẦU ĐẠN SÚNG BỘ BINH MẤT CÂN BẰNG 66

3.1. Cơ sở vật lý – cơ học – toán học của phương pháp PTHH 66

3.2. Mô hình phần tử hữu hạn nghiên cứu thời kỳ chuyển động của đạn trong nòng 72

3.2.1. Hệ phương trình tổng quát 72

3.2.2. Thuật toán Newmark giải hệ phương trình vi phân chuyển động 76

3.2.3. Thuật toán xác định véc tơ vận tốc khối tâm đầu đạn 78

3.2.4. Thuật toán xác định phản lực tại các vị trí tiếp xúc Đạn - Nòng 78

3.2.5. Thuật toán mô hình hóa giai đoạn bán liên kết 79

3.2.6. Xác định các góc đặc trưng cho chuyển động của đầu đạn 79

3.3. Phương pháp gán độ MCB khối lượng vào mô hình PTHH 81

3.4. Xây dựng mô hình PTHH của đầu đạn 7,62 mm K56 lõi thép 83

3.5. Tích hợp hệ phương trình PTHH vào bài toán thuật phóng trong 87

3.6. Sơ đồ khối chương trình tính toán chuyển động trong nòng 89

3.7. Kết quả tính toán cho phương án điển hình 91

3.8. Đánh giá độ chính xác của chương trình tính 97

3.9. Kết luận chương 3 101

Chương 4. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MẤT CÂN BẰNG ĐẦU ĐẠN ĐẾN TẢN MÁT ĐIỂM CHẠM CỦA SÚNG BỘ BINH 102

4.1. Sơ đồ MPNN khảo sát ảnh hưởng của độ MCB đến tản mát 102

4.2. Viết chương trình máy tính hiện thực hóa sơ đồ khảo sát 104

4.3. Khảo sát lô đầu đạn 7,62mm K56 đang sản xuất tại nhà máy Z113 105

4.3.1. Các thông số đầu vào 105

4.3.2. Kết quả khảo sát 106

4.4. Thực nghiệm bắn kiểm tra 111

4.4.1. Phương pháp thử nghiệm 111

4.4.2. Kết quả thực nghiệm 114

4.5. Khảo sát ảnh hưởng của độ MCB đến tản mát điểm chạm 117

4.5.1. Phương án 1: tăng cấp chính xác gia công của lõi thép lên 1 cấp, giữ nguyên cấp chính xác của vỏ. 118

4.5.2. Phương án 2: tăng cấp chính xác gia công vỏ Bimetal, giữ nguyên độ chính xác gia công lõi thép 121

4.6. Kết luận chương 4 125

KẾT LUẬN 126

KIẾN NGHỊ VỀ CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 128

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 129

TÀI LIỆU THAM KHẢO 130

 

docx203 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 429 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Khảo sát ảnh hưởng của độ mất cân bằng đầu đạn đến tản mát điểm chạm của súng bộ binh, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
nội dung dẫn dắt ở trên, NCS đã tiến hành lập trình xây dựng một chương trình máy tính tính toán chuyển động trong nòng của đầu đạn súng bộ binh, chương trình được viết bằng ngôn ngữ MATLAB, sơ đồ khối tổng thể của chương trình như sau: Khối 1: Đọc các dữ liệu đầu vào: Các dữ liệu này bao gồm các thông tin mô tả nút và phần tử (lưới phần tử), các thông số cơ học của vật liệu, các thông tin về tải trọng tác dụng, liên kết của kết cấu (điều kiện biên); Khối 2: Tính toán các ma trận phần tử: ma trận độ cứng [Ke], ma trận khối lượng [Me], ma trận các thành phần lực {Fe} ..của mỗi phần tử; Khối 3: Xây dựng ma trận tổng thể: [K], [M], {F}, .chung cho cả hệ (ghép nối phần tử); Khối 4: Áp đặt các điều kiện liên kết trên biên kết cấu, bằng cách biến đổi các ma trận tổng thể; Khối 5: Giải hệ phương trình (3.24), (3.35), xác định nghiệm của hệ là véctơ chuyển vị chung {q}, các thông số thuật phóng trong. Khối 6: Tính toán các đại lượng khác cần truy xuất kết quả: chuyển vị mũi đạn, đáy đạn, đường trục đạn, véc tơ vận tốc khối tâm, góc giữa các véc tơ Khối 7: Lưu trữ, và in kết quả, vẽ các biểu đồ, đồ thị của các đại lượng. Sơ đồ tính toán với các khối trên được biểu diễn như hình 3.8. Một số đoạn mã code chính được cho trong phụ lục 3. Tính toán các ma trận phần tử: [Ke], [Me], {Fe},. Giải hệ phương trình 3.24, 3.35 xác định véctơ chuyển vị nút tổng thể {q}, các thông số TPT * Đọc dữ liệu đầu vào - Các đại lượng MCB, thông số đầu vào bài toán TPT; Các thông số cơ học của vật liệu; Các thông số hình học của kết cấu * Xây dựng lưới PTHH: nút, phần tử - Các thông số điều khiển lưới - Tải trọng ban đầu tác dụng - Thông tin ghép nối các phần tử - Điều kiện biên, ban đầu Xây dựng các ma trậntoàn cục: [K], [M], {F},.... Áp đặt điều kiện biên (Biến đổi các ma trận toàn cục) Tính toán các đại lượng khác ({R}, {Fms}, VTKT, góc giữa các véc tơ,.) Ghi, in, hiển thị kết quả Xác định lại điều kiện biên tiếp xúc: vùng tiếp xúc giữa đạn và nòng Kiểm tra điều kiện kết thúc (l < ld) ĐÚNG SAI Hình 3.8. Sơ đồ khối của chương trình PTHH 3.7. Kết quả tính toán cho phương án điển hình Dựa trên mô hình toán học trên, tác giả đã tiến hành lập trình tính toán cho đạn 7,62mm K56 lõi thép 3 cấu tử (vỏ, áo chì, lõi xuyên) với phương án mất cân bằng theo kỳ vọng các giá trị xác định trong chương 2: D1=0,060e-6 (g.mm); D2=0,008e-6 (g.mm); a=0o. Một số kết quả nhận được như sau: Hình 3.9. Các kết quả bài toán cơ bản thuật phóng trong. Bảng 3.4. Một số kết quả bài toán cơ bản TPT Tên Pmax (MPa) Vd (m/s) dV/dtmax (m/s2) Ωmax(rad/s) Giá trị 268 721,4 14,89 e5 18886 Hình 3.9, bảng 3.4 thể hiện một số kết quả bài toán cơ bản TPT. Hình 3.10,3.11 biểu diễn một số chuyển động thứ cấp của đầu đạn: tọa độ mũi và đáy đạn, tọa độ trọng tâm, vận tốc khối tâm, dịch chuyển khối tâm. Hình 3.12 biểu diễn lực tương tác Đạn – Nòng tại nút số 1225 trên đoạn trụ của đầu đạn. Đây là nút đầu tiên tiếp xúc với sống nòng khi cắt đai và cũng là nút đầu tiên thoát ra khỏi miệng nòng. Hình 3.16 thể hiện sự biến đổi của các véc tơ trục đạn, véc tơ vận tốc khối tâm theo thời gian đạn chuyển động trong nòng. Hình 3.10. Một số hình ảnh biểu diễn chuyển động thứ cấp của đầu đạn a- Vận tốc khối tâm trên mặt OYZ; b- Chuyển vị mũi đạn trên mặt OYZ; c- Tọa độ mũi – đáy đạn trên mặt OYZ; d- Đạo hàm chuyển vị mũi đạn trên mặt OYZ Thời gian - s m/s m Hình 3.11. Vị trí và vận tốc khối tâm trên mặt OYZ theo thời gian (m, m/s) Hình 3.12. Phản lực Đạn – Nòng tại nút điển hình – nút 1225 trên mặt trụ Hình 3.13. Hình ảnh véc tơ trục đạn và véc tơ vận tốc khối tâm Kết quả cho thấy rõ sự dịch chuyển vị trí mũi đạn, đáy đạn, khối tâm, vận tốc khối tâm, tốc độ - quỹ đạo lắc của mũi đạn, cũng như các phản lực từ thành nòng lên thân đạn theo thời gian đạn chuyển động trong nòng. Khi đầu đạn nằm hoàn toàn trong nòng, do sự biến dạng nên nút mũi đạn, nút chính giữa đáy đạn không hoàn toàn nằm trên trục nòng mà lệch đi một khoảng cách nào đó: nút mũi lệch 6,3e-8, nút đáy khoảng 3e-8 m. Tương tự như vậy, khối tâm đầu đạn cũng bị uốn lệch ra khỏi vị trí ban đầu một giá trị nhất định: từ 7,665e-6 m đến gần giá trị 7,675e-6 m, sự biến dạng ghi nhận lớn nhất ứng với thời điểm Pmax. Sau đó các nút này lại hồi về vị trí ban đầu theo sự suy giảm của áp suất khí thuốc. Do sự lệch của nút mũi và đáy, véc tơ trục đạn (coi rằng là đường nối giữa mũi và đáy) không hoàn toàn trùng với véc tơ trục nòng, tuy nhiên góc lệch là nhỏ. Đến giai đoạn bán liên kết, góc này bắt đầu tăng lên một cách rõ ràng, véc tơ vận tốc khối tâm có độ lớn tăng dần theo thời gian, hướng phụ thuộc vào góc quay của đầu đạn so với trục nòng và độ mất cân bằng - hình 3.13. Với phương án mất cân bằng đã cho, tại thời điểm kết thúc giai đoạn bán liên kết chương trình tính toán ra một số giá trị biểu diễn chuyển động của đầu đạn như sau: Bảng 3.5. Một số thông số chuyển động của đầu đạn khi rời nòng Đại lượng Đơn vị Giá trị Vận tốc khối tâm theo phương trục nòng OX - Vx m/s 720,5 Vận tốc khối tâm theo phương OY - Vy m/s 0,145 Vận tốc khối tâm theo phương OZ - Vz m/s -0,085 Vị trí (độ lệch) khối tâm trên mặt OYZ m 7,68e-6 Góc giữa véc tơ trục đạnvà trục nòng rad 2,25e-6 Góc giữa véc tơ vận tốc khối tâm và trục đạn rad 2,05e-4 Vận tốc góc giữa trục đạn và trục nòng rad/s 0,19 Vận tốc góc giữa VTKT và trục đạn rad/s 0,48 Chuyển vị mũi đạn trên mặt OYZ m 4,6e-8 Đạo hàm chuyển vị mũi đạn trên mặt OYZ m/s 4,5e-3 Các kết quả trên chính là các thông số đầu vào quan trọng để xác định quỹ đạo của đầu đạn sau khi ra khỏi nòng, làm cơ sở tính toán tản mát điểm chạm. Các hình 3.14 ÷ 3.17 thể hiện trường chuyển vị của đầu đạn tại thời điểm đạt Pmax và thời điểm rời nòng. Hình 3.14. Chuyển vị dọc trục tại thời điểm Pmax Hình 3.15. Chuyển vị hướng kính tại thời điểm Pmax Hình 3.16.Chuyển vị dọc trục tại thời điểm rời nòng Hình 3.17. Chuyển vị hướng kính tại thời điểm rời nòng 3.8. Đánh giá độ chính xác của chương trình tính Nhằm đánh giá một cách định tính độ chính xác của mô hình và chương trình tính toán, ta sẽ so sánh kết quả nhận được khi tính toán cho một số trường hợp điển hình khác nhau mà có thể dự đoán được một cách định tính kết quả bằng cách thay đổi các thông số MCB D1, D2, α. a. Trường hợp 2:D1=0,060e-6 (kg.m); D2=0,008e-6 (kg.m); a=180o. Với bộ thông số như trên, các giá trị D1, D2 không đổi so với trường hợp điển hình (mục 3.9, ta gọi là trường hợp 1), tuy nhiên góc lệch giữa chúng là a=180. Độ lệch tâm ec trong trường hợp này sẽ nhỏ hơn trường hợp 1, dẫn tới vận tốc khối tâm trên mặt phẳng OYZ khi rời nòng sẽ nhỏ hơn. Một số kết quả tính toán được cho trong hình 3.18 cho thấy vận tốc khối tâm OYZ khi rời nòng là 0,105 m/s, nhỏ hơn trường hợp điển hình (0,14 m/s). Hình 3.18. Kết quả tính toán cho trường hợp 2 b. Trường hợp 3: D1=0,060e-6 (kg.m); D2=0,06e-6 (kg.m); a=180o; Với trường hợp này, hai khối mất cân bằng có giá trị bằng nhau, nằm đối xứng với nhau qua trọng tâm. Do vậy, giá trị độ lệch tâm tổng ec sẽ bằng không. Trường hợp này nếu tính toán theo mô hình chất điểm thì sẽ không ghi nhận được độ lệch của trục đạn so với trục nòng (hay độ lệch của mũi đạn). Tuy nhiên, bằng phương pháp LA sử dụng có thể nhận thấy được sự lắc của mũi đạn, giá trị tính được vào khoảng 4,5.10-8(m), lớn hơn so với trường hợp 2: 2,5.10-8(m). Điều này có thể giải thích là do giá trị MCB D2= 0,06e-6 (kg.m) – phần nằm ở mũi đạn trong trường hợp này lớn hơn so với trường hợp 1 và 2 (0,008e-6 kg.m). Việc này dẫn tới khi phần trụ bị mất dần liên kết với nòng góc lắc của mũi đạn sẽ tăng lên. Hình 3.19. Kết quả tính toán cho trường hợp 3 c. Trường hợp 4: ec=0,005e-3(m); D1= 0,0395e-6 (kg.m); D2=0; Trường hợp này ta lấy giá trị độ lệch tâm tĩnh ec theo kỳ vọng tính toán được, cho giá trị MCB D2 = 0, D1=ec.m. d. Trường hợp 5: ec=0,005e-3 (m); D1=0; D2=0,0395e-6 (kg.m); Trường hợp số 5 ta sẽ đảo vị trí của D1 và D2 so với trường hợp 4, tức là D1 = 0, D2=ec.m. So sánh hai trường hợp 4 và 5, ta có thể dự đoán: - Chuyển vị của mũi đạn khi rời nòng của trường hợp 5 sẽ lớn hơn trường hợp 4 vì lúc này toàn bộ khối MCB nằm ở mặt số 2 gần mũi đạn. - Tương tự như vậy, chuyển vị của đáy đạn trong trường hợp 4 sẽ lớn hơn trường hợp 5. - Vận tốc khối tâm trên mặt phẳng ngang OYZ khi rời nòng của hai trường hợp này là xấp sỉ như nhau, điều này là do độ lệch tâm ec – thành phần chính gây nên vận tốc ngang là bằng nhau. Một số kết quả tính toán cho hai trường hợp này thể hiện trên hình 3.20, 3.21 đã khẳng định chuẩn xác các dự đoán trên. Bảng 3.6 liệt kê một số kết quả chính khi tính toán cho cả 5 phương án trên. Bảng 3.6. Một số kết quả tính toán cho 5 phương án điển hình TT D1 (kg.m) D2 (kg.m) a (độ) ec (m) ec1 (m) Vyz (m/s) CVmui (m) dhCVmui (m/s) 1 0,06e-6 0,008e-6 0 0,009e-3 0,008e-3 0,145 4,6e-8 4,5e-3 2 0,06e-6 0,008e-6 180 0,007e-3 0,006e-3 0,105 2,5e-8 3,3e-3 3 0,06e-6 0,06e-6 180 0 0,0008e-3 0,015 4,5e-8 0,8e-3 4 0,0395e-6 0 0,005e-3 0,0045e-3 0,082 2,4e-8 2,52e-3 5 0 0,0395e-6 0,005e-3 0,0045e-3 0,082 5e-8 3e-3 Trong đó:ec1 – độ lệch khối tâm khi rời nòng; Vyz- Vận tốc khối tâm trên mặt phẳng OYZ khi rời nòng; CVmui- chuyển vị mũi đạn khi rời nòng; dhCVmui – đạo hàm chuyển vị mũi đạn khi rời nòng. Hình. 3.20. Kết quả tính toán cho trường hợp 4 Hình. 3.21. Kết quả tính toán cho trường hợp 5 Qua khảo sát, phân tích các trường hợp điển hình như trên ta có thể kết luận rằng mô hình và chương trình tính toán có thể đảm bảo độ chính xác về mặt định tính. Muốn đánh giá định lượng chính xác của kết quả tính, về mặt nguyên tắc ta cần thực hiện các bài bắn thí nghiệm và đo các thông số trên để kiểm tra, tuy nhiên với đạn 7,62 mm K56 thì hiện nay chưa có thiết bị nào ở Việt Nam cũng như trên thế giới có thể thực hiện công việc trên. Do vậy, luận án sẽ kiểm chứng độ chính xác của mô hình vào kết quả thử nghiệm cuối cùng khi bắn đo tản mát trên bia ở cự li 100 m. Phương pháp và kết quả thử nghiệm sẽ được trình bày ở phần sau của luận án. 3.9. Kết luận chương 3 - Mô hình tính toán chuyển của đầu đạn súng bộ binh ba cấu tử kể từ khi đầu đạn được cắt đai hoàn toàn đến khi kết thúc giai đoạn bán liên kết được xây dựng trong mối liên hệ trực tiếp với độ mất cân bằng khối lượng. - Mô hình bài toán được lập dựa trên cơ sở phương pháp PTHH và được lập trình trong môi trường MATLAB. Trong đó, mô hình đã đưa ra phương pháp gán các đại lượng MCB một cách linh hoạt, phù hợp với cách triển khai mô phỏng ngẫu nhiên Monter Carlo; phương pháp giải quyết đồng thời bài toán cơ bản thuật phóng trong và chuyển động có biến dạng của đầu đạn trong nòng. - Khảo sát độ chính xác về mặt định tính của mô hình bằng cách tính toán cho một số trường hợp điển hình có thể so sánh, dự báo trước quy luật thay đổi của kết quả. Kết quả của mô hình cho thấy sự phù hợp với các quy luật được dự báo trước nhưng phong phú hơn về các dữ liệu đầu ra. - Chương trình tính toán được xây dựng để tính toán các thông số khi đạn rời nòng. Đây là các dữ liệu đầu vào quan trọng để tính toán các giai đoạn tiếp theo của đầu đạn trên quỹ đạo nhằm đánh giá tản mát điểm chạm. Chương 4. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MẤT CÂN BẰNG ĐẦU ĐẠN ĐẾN TẢN MÁT ĐIỂM CHẠM CỦA SÚNG BỘ BINH Chương 4 luận án sẽ tiến hành đánh giá, khảo sát ảnh hưởng của sự MCB khối lượng đến tản mát điểm chạm theo tư tưởng của phương pháp MPNN. Cụ thể các công việc được thực hiện như sau: - Xây dựng mô hình tổng thể khảo sát ảnh hưởng của sự MCB đến tản mát điểm chạm dựa trên phương pháp MPNN. - Xây dựng chương trình máy tính tính toán ảnh hưởng của sự MCB khối lượng đến tản mát các thông số chuyển động khi rời nòng và tản mát điểm chạm của đầu đạn tại mục tiêu. - Khảo sát ảnh hưởng của cấp chính xác gia công các chi tiết đầu đạn đến tản mát điểm chạm, trên cơ sở đó đưa ra khuyến cáo phương án hợp lý nhằm giảm tản mát điểm chạm. 4.1. Sơ đồ MPNN khảo sát ảnh hưởng của độ MCB đến tản mát Theo tư tưởng của phương pháp MPNN Monte Carlo, sơ đồ khối khảo sát ảnh hưởng của độ MCB đến tản mát điểm chạm của đầu đạn được cho trong hình 4.1. Từ sơ đồ trên, thực hiện tính toán với một số lượng lớn mẫu thử sẽ thu được ảnh đồ các điểm chạm của đầu đạn trên bia, qua đó đánh giá được ảnh hưởng của độ MCB khối lượng đến tản mát điểm chạm. Như vậy, với mỗi mẫu thử cần thực hiện lần lượt việc tính toán các bài toán: xác định độ MCB khối lượng, tính toán bài toán chuyển động trong nòng của đầu đạn bằng phương pháp PTHH, tính toán bài toán chuyển động của đầu đạn ngoài không khí. . Xác định quy luật phân bố độ MCB khối lượng: D1, D2, α, ec (phương pháp trong chương 2) . Tính toán quá trình chuyển động trong nòng của đầu đạn MCB bằng phương pháp PTHH (phương pháp trình bày trong chương 3). Kết quả: các thông số chuyển động của đầu đạn tại thời điểm rời nòng. . Tính toán quỹ đạo chuyển động ngoài không khí, xác định điểm chạm đầu đạn tại mục tiêu (theo phương pháp của tg Mai Quang Huy [9]). Kết quả: các thông số quỹ đạo của đầu đạn, điểm chạm tại mục tiêu. . Tạo bộ số liệu đầu vào ngẫu nhiên mô tả độ đảo hướng kính của các chi tiết đầu đạn dựa trên bộ bản vẽ chế tạo đầu đạn Hình 4.1. Sơ đồ MPNN đánh giá ảnh hưởng của độ MCB đến tản mát Như đã nói ở phần trên, mô hình chuyển động ngoài không khí của đầu đạn súng và đầu đạn pháo có thể coi là đồng nhất. Mô hình chuyển động của đầu đạn pháo ngoài không khí có tính đến ảnh hưởng của độ mất cân bằng khối lượng đã được nghiên cứu và công bố khá đầy đủ trong tài liệu [9]. Do vậy, LA sẽ kế thừa và sử dụng công bố trên như một cơ sở tin cậy và không bổ sung thêm. 4.2. Viết chương trình máy tính hiện thực hóa sơ đồ khảo sát Với khối lượng tính toán cho một bộ số liệu ngẫu nhiên lớn, các vấn đề cơ sở lý thuyết trình bày trong luận án chỉ có thể được hiện thực hóa bằng chương trình tính toán tự động trên MTĐT. Dựa trên các cơ sở lý thuyết, phương pháp giải được đưa ra, luận án đã xây dựng một chương trình máy tính đánh giá ảnh hưởng sự MCB đến tản mát điểm chạm của lô đầu đạn. Theo lô gic giải quyết bài toán (hình 4.1), chương trình sẽ gồm các mô đun chức năng như sau: Mô đun 1. Nhập dữ liệu đầu vào; Mô đun 2. Tính toán phân bố độ MCB; Mô đun3. Tính toán chuyển động trong nòng bằng phương pháp PTHH; Mô đun 4. Tính toán quỹ đạo chuyển động ngoài không khí, xác định điểm chạm ở các cự ly khác nhau; Mô đun 5. Gọi kết quả. Chương trình được viết trên ngôn ngữ của phần mềm MATLAB, có tên BULLET_TM_2018, một số đoạn code chính được cho trong phụ lục 3. Chương trình máy tính được viết dựa trên cơ sở lý thuyết, thuật toán được xây dựng trong các chương 2, chương 3 và mục 4.1. Các mô đun thành phần đã được kiểm chứng tính đầy đủ cơ sở lý thuyết và sự đúng đắn của các kết quả nhận được trong các chương 2, chương 3. Đến đây, ta đã có một công cụ đầy đủ để khảo sát ảnh hưởng của độ mất cân bằng đến tản mát điểm chạm. Trong các phần tiếp theo, luận án sẽ sử dụng chương trình BULLET_TM_2018 để tính toán xác định các chỉ tiêu tản mát điểm chạm của lô đầu đạn với các phương án cấp chính xác chế tạo khác nhau, làm cơ sở để đưa ra khuyến cáo nhằm giảm tản mát điểm chạm. 4.3. Khảo sát lô đầu đạn 7,62mm K56 đang sản xuất tại nhà máy Z113 4.3.1. Các thông số đầu vào a. Các thông số thuật phóng: Bảng 4.1. Các thông số thuật phóng Các phần tử Trị số Các phần tử Trị số W0 (m3 ) 0,00218 e-3 a(m3/kg) 0,001030 S(m2) 0,00482 e-2 d(kg/m3) 1600 ld(m) 0,37 Ik(N.s/m2) 1700 q(kG) 0,0079 c 1,095 p0 (MPa) 40 l - 0,087 w(kG) 0,0016 k 1,234 f(N.m/N) 100500 b. Bộ bản vẽ chế tạo đầu đạn: kết cấu, hình dáng, kích thước, vật liệu [13]; Hình 4.2. Kết cấu đầu đạn Đầu đạn cấu tạo từ 3 thành phần: Vỏ đầu đạn, áo chì và lõi thép [13], [14]. Vỏ đầu đạn: Thép Bimetal F11: mô đun đàn hồi: 2,1x1011 Pa, hệ số Poisson: 0,33. Áo chì: Chì Pb99,97 MSZ 830-76: mô đun đàn hồi:0,16x1011 Pa, Hệ số Poisson: 0,43. Lõi thép: Thép tròn chuốt nguội T12-5,83 GJB1665-1993: mô đun đàn hồi: 2,1x1011 Pa, Hệ số Poisson: 0,33. c. Bộ quy trình công nghệ chế tạo đầu đạn [14]. 4.3.2. Kết quả khảo sát Chạy chương trình BULLET_TM_2018 với bộ dữ liệu đầu vào như trên ta được các kết quả như sau: Kết quả tính toán độ MCB thể hiện trong bảng 2.3, hình 2.12, bảng dữ liệu cho trong phụ lục 2. Kết quả tính toán các thông số chuyển động khi rời nòng thể hiện trên hình 4.3 ÷ 4.8, bảng dữ liệu cho trong phụ lục 4. Kết quả tính toán điểm chạm trên bia được cho trong hình 4.9, bảng dữ liệu cho trong phụ lục 5. Một số đại lượng chính: - Giá trị vận tốc trên mặt phẳng vuông góc với trục nòng phân bố theo quy luật Rayleigh, kỳ vọng 0,144 m/s; - Góc giữa véc tơ VTKT và trục nòng trên mặt phẳng đứng và mặt phẳng ngang (góc nảy đứng và góc nảy ngang) tuân theo quy luật phân bố chuẩn với kỳ vọng bằng 0, phương sai lần lượt là: 1,58e-4 rad và 1,62e-4 rad; - Góc giữa véc tơ VTKT – Trục đạn bố theo quy luật Rayleigh, kỳ vọng 0,6e-4 rad; - Vận tốc góc giữa véc tơ VTKT – Trục đạn bố theo quy luật Rayleigh, kỳ vọng 1,26 rad/s; - Điểm chạm trên bia ở cự li 100m tuân theo quy luật phân bố chuẩn, với sai số trung gian tản mát theo chiều cao ly = 1,10 cm; theo hướng lz= 1,08 cm. Bán kính tản mát r50 = 1,82. Phương pháp tính toán các đại lượng trên được cho trong các tài liệu [2], [27], [28], [29]. Hình 4.3. Phân bố vận tốc ngang của khối tâm đầu đạn Hình 4.4. Phân bố góc bay ra trong mặt phẳng đứng và mặt phẳng ngang Hình 4.5. Phân bố góc giữa véc tơ VTKT và trục đạn Hình 4.6. Phân bố vận tốc góc giữa véc tơ VTKT và trục đạn Hình 4.7. Phân bố góc giữa trục đạn – trục nòng Hình 4.8. Phân bố vận tốc góc trục đạn – trục nòng. Hình 4.9. Phân bố điểm chạm trên bia ở cự li 100m Như vậy, sau khi chạy chương trình BULLET_TM_2018 “BẮN MÔ PHỎNG” 300 đầu đạn ta đã nhận được quy luật phân bố của một loạt các thông số chuyển động của đầu đạn khi rời nòng và điểm chạm tại mục tiêu. Như đã nói ở phần trên, hiện nay ở Việt Nam chưa có thiết bị đo đạc được các thông số chuyển động của đầu đạn khi rời nòng. Do vậy, để đánh giá được độ chính xác của mô hình cũng như chương trình tính toán ta chỉ có cách đối chiếu kết quả tính toán phân bố tản mát điểm chạm trên bia với kết quả bắn thử nghiệm đo độ chụm. Phương pháp thực nghiệm bắn đo độ chụm đầu đạn đã được các cơ sở nghiên cứu/sản xuất triển khai từ lâu và đảm bảo độ chính xác cần thiết. Phần tiếp theo của luận án sẽ trình bày phương pháp và kết quả bắn thực nghiệm kiểm chứng. 4.4. Thực nghiệm bắn kiểm tra Nhằm đánh giá độ chính xác của các kết quả tính toán lý thuyết, NCS đã kết hợp với nhà máy Z113, Trung tâm Kỹ thuật Vũ khí/Học viện Kỹ thuật quân sự tiến hành thực nghiệm bắn đánh giá tản mát của lô đầu đạn 7,62mm K56 hiện đang được chế tạo tại nhà máy. 4.4.1. Phương pháp thử nghiệm Đối tượng thử nghiệm: đạn 7,62mm K56 lõi thép, sản xuất tại nhà máy Z113 theo bộ bản vẽ chế tạo và quy trình công nghệ [13], [14]. Phương pháp tiến hành: + Lấy ngẫu nhiên 500 viên đạn bất kỳ trong lô sản xuất; + Lấy 100 viên, tháo rời đầu đạn để đo độ MCB; + Lấy 160 viên bắn theo nhóm để đo áp suất, sơ tốc; + 240 viên còn lại bắn đo tản mát. Trang thiết bị dụng cụ: + Súng chuyên dùng bắn đo vận tốc đầu đạn - đã được kiểm định chất lượng. + Thiết bị đo vận tốc chuyên dụng. + Súng chuyên dùng bắn đo áp suất khí thuốc. + Crusher 0,2 cm2, trụ đồng F4´6,5 cm, dự áp 2.200 kG/cm2 (220 Mpa). + Súng chuyên dùng bắn kiểm tra độ chụm (chiều dài nòng 520 mm). + Bia xác định điểm chạm đặt cự ly 100m. Cách thức thực hiện: Bắn theo nhóm, mỗi nhóm 20 viên, đo kết quả 3 nhóm rồi lấy trung bình. Súng chuyên dùng đo độ chụm là loại súng có nòng chuẩn, được kẹp chặt trên giá để khử dao động, loại trừ được tản mát do chuyển động của nòng súng hình 4.10. Hình 4.10. Súng chuyên dụng đo độ chụm tại Z113 Thiết bị đo vận tốc bao gồm hệ thống máy đo vận tốc quang Mibus và camera thuật phóng FASTCAM SA1.1 Model 675K-C1. * Camera thuật phóng FASTCAM SA1.1 Model 675K-C1 - Camera thuật phóng FASTCAM SA1.1 Model 675K-C1, có các thông số cơ bản sau: + Tốc độ ghi hình: 50 – 675000 hình/giây. + Bộ nhớ dữ liệu 8Gigabyte, tương đương với 5457 ảnh ở khung hình 64x16 pixels và 5400 ảnh ở 1024x1024 pixels. + Sensor kỹ thuật số: 12bit DAC - Máy tính xử lý số liệu được cài đặt phần mềm điều khiển PFV để điều khiển camera và phần mềm TEMA để phân tích kết quả đo. - Hệ thống ống kính gồm các ống kính cố định và Zoom + 20mm Lens w/F-C adapter, F1,8 + 35mm Lens w/F-C adapter, F1,4, MOD: 0,25m + 60mm Macro Lens w/F-C adapter, F2,8, MOD: 0,2m + 105mm Macro Lens w/F-C adapter, F2,8, MOD: 0,3m - Cáp nối và hệ thống đèn chiếu sáng. Quá trình quan sát và phân tích dữ liệu của Camera thuật phóng được thể hiện trên hình 4.11. * Thiết bị đo vận tốc quang Mibus Máy đo vận tốc quang Mibus được sử dụng để xác định vận tốc chuyển động tịnh tiến của đầu đạn. Trong các thử nghiệm đo sơ tốc, thiết bị được bố trí tại miệng nòng súng ở cự ly yêu cầu (25m). Khi bắn đạn chuyển động qua 2 khung của thiết bị, cảm biến quang gắn trên hai khung sẽ gửi tín hiệu về máy tính được kết nối xác định thời gian chuyển động của đạn trong khoảng cách giữa 2 khung. Từ đó xác định được vận tốc chuyển động tịnh tiến của đầu đạn ở cự ly theo yêu cầu. Hình 4.11. Quá trình quan sát và phân tích dữ liệu 4.4.2. Kết quả thực nghiệm a. Kết quả bắn kiểm tra sơ tốc và áp suất Bảng 4.2. Kết quả bắn kiểm tra sơ tốc, áp suất ngày 23/4/2018 Điều kiện thử nghiệm Yêu cầu kỹ thuật Kết quả Ghi chú 1. Bắn kiểm tra vận tốc đầu đạn tại vị trí các miệng nòng 25 m (m/s) - Súng chuyên dùng bắn đo vận tốc đầu đạn; - Thiết bị đo bia quang. - Số lượng viên/lô:20. V25TB= 710¸725 ΔV25 ≤ 30 V25TB= 718,5 ΔV25 = 17,4 Nhiệt độ 23oC 2. Bắn kiểm tra áp suất khí thuốc (kG/cm2) - Súng chuyên dùng bắn đo áp suất khí thuốc. - Crusher 0,2 cm2, trụ đồng F4´6,5 cm, dự áp 2.200 kG/cm2 (220 Mpa). PmaxTB ≤ 280 Mpa Pmaxmax≤ 305 MPa Pmaxmin ≥ 225 MPa PmaxTB = 247,5 Pmaxmax = 254,4 Pmaxmin = 242,0 (Mpa) Nhiệt độ 23oC b. Bắn kiểm tra độ chụm Hình 4.12.Điểm chạm trên bia của một số lần bắn - Dùng súng kiểm tra độ chụm: nòng chuẩn, khóa chặt vào bệ; - Cự li bia: 100 m; - Bắn 20 viên/nhóm; 03 nhóm/lô; Kết quả một số lần bắn thử nghiệm được cho trong bảng 4.3, hình 4.12. Bảng 4.3. Kết quả một số lần bắn thử nghiệm đo độ chụm Ngày bắn r50 (cm) r100 (cm) Bia 1 Bia 2 Bia 3 TB Bia 1 Bia 2 Bia 3 TB 10/1/2018 2,7 2,5 2,8 2,67 6,3 5,5 6,1 5,97 24/3/2018 2,0 3,6 2,9 2,83 5,4 7,8 6,2 6,47 24/4/2018 3,9 3,0 3,1 3,33 5,7 8,5 7,5 7,23 26/4/2018 3,5 3,5 3,1 3,37 6,5 10,5 10,2 9,07 Nhận xét kết quả: So sánh giữa kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm cho thấy: -Với lần thử nghiệm có độ chụm tốt nhất, ngày 10/1/2018, r50 trung bình là 2,67 cm, ta có: r50_lý thuyết/r50_thực tế = 1,82/2,67x100% = 68,16 %. - Với lần thử nghiệm có độ chụm trung bình, ngày 24/3/2018, r50 trung bình là 2,83 cm: r50_lý thuyết/r50_thực tế = 1,82/2,83x100% = 64,31 %. - Với lần thử nghiệm có độ chụm kém hơn, ngày 24/4/2018, r50 trung bình là 3.33 cm: r50_lý thuyết/r50_thực tế = 1,82/3,33x100% = 54,65 %. - Với lần thử nghiệm có độ chụm kém nhất, ngày 26/4/2018, r50 trung bình là 3,37 cm: r50_lý thuyết/r50_thực tế = 1,82/3,37x100 % = 54,01 %. Nhận thấy rằng có sự sai lệch giữa kết quả tính toán lý thuyết và thực tế bắn, tuy nhiên ta có thể lý giải sự vấn đề này theo một số nguyên nhân sau: - Độ MCB đưa vào tính toán bài toán chuyển động trong nòng được xác định theo bản vẽ chế tạo đầu đạn và không thay đổi trong suốt quá trình đầu đạn chuyển động trong nòng cũng như trên quỹ đạo. Thực tế độ MCB của đầu đạn có thể bị thay đổi do quá trình cắt đai, sự xô lệch của các cấu tử không đều, sự dịch chuyển tương đối giữa lõi thép, áo chì, vỏ ngoài trong quá trình chuyển động của đầu đạn. - Sự rung động của súng: thực tế súng đã được gá kẹp chắc chắn lên giá, tuy nhiên cũng không thể loại trừ hoàn toàn được rung động của nòng súng và điều này làm tăng giá trị tản mát. - Sự khác nhau về hình dáng, kích thước giữa các đầu đạn sau khi ra khỏi nòng (do hiện tượng cắt đai, biến dạng), sự khác nhau về điều kiện khí tượng dẫn tới sự khác nhau của lực cản không khí tác dụng lên đầu đạn. Điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quỹ đạo cũng như điểm chạm trên bia. Đến đây ta có thể đưa ra kết luận rằng, MCB của đầu đạn là nguyên nhân chính làm tăng tản mát điểm chạm, tỷ trọng từ 54% đến 70%. 4.5. Khảo sát ảnh hưởng của độ MCB đến tản mát điểm chạm Hiển nhiên rằng có thể giảm tản mát điểm chạm bằng cách giảm độ mất cân bằng. Để giảm độ MCB cần tăng độ chính xác (giảm dung sai) chế tạo đầu đạn. Tuy nhiên vấn đề cần trả lời ở đây là sẽ giảm dung sai ở chi tiết nào để đạt hiệu quả cao nhất? Để trả lời câu hỏi trên luận án sẽ tiến hành khảo sát một số phương án chế tạo đầu đạn 7,62 mm K56 lõi thép với độ chính xác gia công khác nhau. Theo các bản vẽ chế tạo đầu đạn (hình 2.5 ÷ 2.8) ta thấy có hai yếu tố ảnh

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxluan_an_khao_sat_anh_huong_cua_do_mat_can_bang_dau_dan_den_t.docx
Tài liệu liên quan