Khảo sát động lực học hệ robot - vũ khí trên cơ sở cơ học hệ nhiều vật

Bài viết trình bày mô hình tính toán và khảo sát động lực học hệ robot-vũ khí trên cơ sở cơ học hệ nhiều vật. Phần robot gồm thân xe, giá súng, cơ cấu dẫn động và các bánh xe. Phần vũ khí là súng đại liên PKMS được liên kết với giá súng thông qua bộ phận định hướng chuyển động súng và lò xo giảm giật.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát động lực học hệ robot - vũ khí trên cơ sở cơ học hệ nhiều vật Cơ kỹ thuật & Cơ khí động lực KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC HỆ ROBOT-VŨ KHÍ TRÊN CƠ SỞ CƠ HỌC HỆ NHIỀU VẬT Lại Thanh Tuấn*, Uông Sỹ Quyền, Trương Tư Hiếu Tóm tắt: Bài báo trình bày mô hình tính toán và khảo sát động lực học hệ robot-vũ khí trên cơ sở cơ học hệ nhiều vật. Phần robot gồm thân xe, giá súng, cơ cấu dẫn động và các bánh xe. Phần vũ khí là súng đại liên PKMS được liên kết với giá súng thông qua bộ phận định hướng chuyển động súng và lò xo giảm giật. Các kết quả nhận được cho phép đánh giá tính ổn định của cơ hệ robot-vũ khí, đồng thời làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế, lắp đặt, bố trí các cơ cấu bộ phận để đảm bảo tính tối ưu của cơ hệ. Từ khóa: Robot chiến đấu; Động lực học; Súng đại liên PKMS; Ổn định. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, cùng với những thành tựu đạt được trong lĩnh vực khoa học, công nghệ quân sự đặt ra những yêu cầu nghiên cứu các phương án chiến đấu tối ưu, cho phép giảm thiểu tối đa sự hiện diện trực tiếp của con người trên chiến trường. Việc lắp đặt súng tự động lên robot chiến đấu là một xu hướng nhằm thực hiện các nhiệm vụ đảm bảo cho người chiến sĩ được an toàn trong các không gian tác chiến đặc biệt. Tuy nhiên, sự kết hợp này phải tuân thủ các yêu cầu chiến kỹ thuật khắt khe, trong đó có yêu cầu về tính ổn định và đặc biệt là độ chính xác bắn của vũ khí. Vì vậy, việc khảo sát động lực học của hệ robot-vũ khí trong tác chiến là cơ sở quan trọng để xây dựng các tham số kết cấu của robot khi thiết kế nhằm thỏa mãn các nhiệm vụ thực tế đặt ra. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC HỆ ROBOT-VŨ KHÍ 2.1. Xây dựng mô hình tính toán hệ robot chiến đấu-vũ khí Cơ hệ gồm hai phần: phần robot và phần vũ khí. Mô hình khảo sát được xây dựng dựa trên các giả thuyết: robot đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang khi bắn; trừ các lò xo là các phần tử đàn hồi các vật còn lại được xem là các vật rắn tuyệt đối; không tính đến động năng và ảnh hưởng của bộ phận dẫn tiến; cơ cấu tầm-hướng được khóa cứng trong quá trình bắn và các liên kết được xem là lý tưởng, không có khe hở. Mô hình khảo sát (hình 1) gồm các vật: thân xe (khối lượng m1 , khối tâm tại O1 ), giá súng (khối lượng m2 , khối tâm O2 ), hộp súng (khối lượng m3 , khối tâm O3 ), bệ khóa nòng (khối lượng m4 , khối tâm O4 ) và các khâu làm việc của máy tự động: cơ cấu tiếp đạn (khối lượng mtd ) và cơ cấu khóa nòng (khối lượng mkn ) có dịch chuyển phụ thuộc vào chuyển động của khâu cơ sở. Để khảo sát ta sử dụng các hệ tọa độ: hệ tọa độ cố định O0 x0 y0 z0 gắn với trọng tâm xe trước khi bắn; các hệ tọa độ động O1 x1 y1 z1 gắn với thân xe, O2 x2 y2 z2 gắn với giá súng, O3 x3 y3 z3 gắn với hộp súng, O4 x4 y4 z4 gắn với bệ khóa nòng. Hướng của các trục tọa độ thể hiện như trên hình 1. Các hệ tọa độ động Okn xkn ykn zkn và Otd xtd ytd ztd gắn với trọng tâm ban đầu của cơ cấu khóa nòng và cơ cấu tiếp đạn, có trục Ox song song với phương chuyển động của chúng, trục Oy hoặc Oz song song với trục tương ứng trên hệ O2 , trục còn lại hợp thành tam diện thuận. Với mục đích khảo sát dao động khi bắn của súng khi lắp trên robot, để đơn giản tính toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác cơ hệ được khảo sát với các bậc tự do (tọa độ suy rộng): dịch chuyển tịnh tiến của trọng tâm xe q1 theo phương O1 x1 , dịch chuyển quay của hộp súng q2 quanh trục O2 z2 , dịch chuyển tịnh tiến của trọng tâm hộp súng q3 so với giá súng theo phương O3 x3 , dịch chuyển tịnh tiến của trọng tâm bệ khóa nòng q4 so với hộp súng theo phương O4 x4 . 150 L. T. Tuấn, U. S. Quyền, T. T. Hiếu, “Khảo sát động lực học … cơ sở cơ học hệ nhiều vật.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Hình 1. Mô hình cơ hệ robot-vũ khí. Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ robot-vũ khí sử dụng phương pháp Lagrange có dạng: d  T  T  − = Qj , j  4 (1) dt  q j (t )  q j (t ) Trong đó: T - Tổng động năng cơ hệ; q j - Các tọa độ suy rộng; Q j - Các lực suy rộng tác dụng lên thân xe, giá súng, hộp súng, bệ khóa nòng. Để xác định lực của áp suất khí thuốc tác dụng trong lòng nòng ta giải bài toán thuật phóng trong, sử dụng hệ phương trình vi phân:  dv pS dl dz p  dt =  1 3  m ; dt =  1 3v; dt =  2 I ;  k  d c p  =  2  (1 + 2 z ) −  b Gb − (1 −  3 )Gd ;  dt I k  dw 1 −  p (2)  =2  (1 + 2 z ) +  3 sv;  dt  Ik   dp = 1   p   f − Kp 1 −   (1 + 2 z ) − KpSV   − K  G + (1 −  )G − K p .  dt w   2 I  3 p b b d t     k    3  Áp suất khí thuốc trong buồng khí được xác định bởi hệ phương trình nhiệt động trong buồng khí dựa trên các quá trình cơ bản của khí động lực học:  d b d b  dt = i (Gb − Gbk ); dt = i XSb ;  dp (3)  b = 1 (kRTGb − kRTb − kpb wb )i .  dt wb Bằng phương pháp số, giải đồng thời hệ các phương trình vi phân dao động (1) của hệ robot- vũ khí, h ...