Mô hình hóa và mô phỏng quỹ đạo bay của đạn pháo phản lực có ngòi hiệu chỉnh quỹ đạo dạng tách chuyển động quay

Bài viết này đưa ra mô hình toán chuyển động của đạn pháo phản lực ổn định cánh có lắp ngòi hiệu chỉnh quỹ đạo (CCF) dạng tách chuyển động quay (dual-spin), được thiết lập trong hệ tọa độ không quay.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hóa và mô phỏng quỹ đạo bay của đạn pháo phản lực có ngòi hiệu chỉnh quỹ đạo dạng tách chuyển động quayTên lửa & Thiết bị bay MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG QUỸ ĐẠO BAY CỦA ĐẠN PHÁO PHẢN LỰC CÓ NGÒI HIỆU CHỈNH QUỸ ĐẠO DẠNG TÁCH CHUYỂN ĐỘNG QUAY Trần Xuân Diệu1*, Nguyễn Phú Thắng1, Phan Văn Chương1, Vũ Minh Đức2 Tóm tắt: Bài báo này đưa ra mô hình toán chuyển động của đạn pháo phản lực ổn định cánh có lắp ngòi hiệu chỉnh quỹ đạo (CCF) dạng tách chuyển động quay (dual-spin), được thiết lập trong hệ tọa độ không quay. Kết quả của bài báo là cơ sở cho các nghiên cứu các đặc tính về ổn định, nhảy khí động, lệch epicyclic, trôi quỹ đạo và xây dựng thuật toán điều khiển hiệu chỉnh quỹ đạo (HCQĐ).Từ khóa: Hiệu chỉnh quỹ đạo, Tách chuyển động quay, Hệ quy chiếu không quay, Góc tấn, Góc trượt cạnh. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Phương pháp tăng độ chính xác cho các đạn pháo thông thường bằng cách lắpngòi thông minh hiệu chỉnh quỹ đạo (CCF) đã được quan tâm nhiều [5, 6, 7, 8].Ngòi CCF sẽ gồm các cặp cánh, bộ định vị GPS và cảm biến tư thế và thiết bị chấphành, các bộ phận này được yêu cầu giá cả phải hợp lý và kích thước nhỏ gọn dođó ngòi phải có tốc độ quay quanh trục thấp hoặc không quay để đảm bảo có thểđiều khiển được trong khi các đạn pháo đa phần được ổn định quay ở tốc độ nhanhcỡ hơn chục nghìn vòng/phút hoặc các loại đạn pháo ổn định cánh cũng quay vớitốc độ cỡ vài trăm vòng trên phút để giảm tản mát. Ngòi CCF dạng tách chuyểnđộng sẽ được gắn lên thân đạn qua ổ lăn và tốc độ quay quanh trục của ngòi có thểđược điều chỉnh bằng cánh khí động hoặc điều chỉnh bằng động cơ nhỏ. Mô hìnhpháo được lắp ngòi CCF kiểu tách chuyển động quay trong không gian là một môhình mới, đây là mô hình 7 bậc tự do. Mô hình này đã được Mark F.Costello [8]thiết lập, nhưng mô hình này chưa kể đến lực và mô men điều khiển, Dr. PhilippeWernet [6] đã thiết lập mô hình cho đạn pháo ổn định quay do đó chưa thể ứngdụng cho đạn pháo phản lực. Bài báo này sẽ thiếp lập mô hình toán cho đạn pháophản lực ổn định cánh có lắp CCF dạng tách chuyển động quay, kết quả được ápdụng trên mô hình pháo GRAD 122mm, nghiên cứu một số tác động của ngòi CCFlên quỹ đạo đạn. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN Mô hình toán được thiết lập trên cơ sở chưa quan tâm đến các yếu tố gây tảnmát liên quan đến tính đối xứng của đạn và các yếu tố nhiễu loạn tác động trongkhi đạn bay. Các giả thiết sau là cần thiết để xây dựng mô hình. - Đạn là cứng tuyệt đối, đối xứng quanh trục quay và lực đẩy của động cơ dọc theo trục của đạn. - Không kể đến độ cong của trái đất và tác động của lực Coriolis do luồng phụt của động cơ và do chuyển động quay của trái đất. - Không kể đến tác động của gió và các yếu tốc nhiễu động khác khi vật bay. - Các hệ số khí động đã được thiết lập trong hệ quy chiếu không quay. - Để đơn giản giả thiết lực và mô men khí động của phần trước và phần sau là độc lập.22 T. X. Diệu, …, V. M. Đức, “Mô hình hóa và mô phỏng quỹ đạo bay... chuyển động quay.”Nghiên cứu khoa học công nghệ Hệ quy chiếu được sử dụng trong nghiên cứu này như được thể hiện ở hình 1bao gồm: - Hệ quy chiếu quán tính Oxyz gắn với trái đất, có gốc tọa độ O đặt tại miệng nòng, trục Ox song song với mặt đất và hướng đến mục tiêu; trục Oz hướng xuống dưới và vuông góc với mặt đất; trục Oy hướng sang bên phải. - Hệ quy chiếu gắn liền Obxnybzb gắn cứng với đạn, có gốc tọa độ Ob gắn với khối tâm chung của đạn (nằm trên trục đối xứng), Obxb trùng với trục dọc của đạn và hướng về mũi đạn; Obzb ban đầu nằm trong mặt phẳng bắn và hướng xuống dưới; Obyb tạo với Obxb và Obzb thành tam diện thuận. 1 pF xn xb 2 Ob On zb pA zn yn yb O x y z Hình 1. Quy ước các hệ tọa độ. 1. Phần trước (ngòi CCF); 2. Phần sau (đạn thường sau khi tháo ngòi). - Hệ quy chiếu không quay Onxnynzn, có gốc tọa độ On gắn với khối tâm chung của 2 phần, trục Onxn trùng với trục dọc của đạn và hướng về mũi đạn, Onyn luôn hướng sang phải và song song với mặt đất. Onzn tạo với O ...