Phân tích, khảo sát và đánh giá sự hạn chế tính cơ động của tên lửa cánh lái khí động

Vấn đề được đề cập trong bài báo là tập trung phân tích và chứng minh bằng tính toán về những giới hạn khả năng cơ động của tên lửa với hệ cánh lái khí động truyền thống. Từ đó làm rõ những yếu tố hạn chế đối tượng trong điều kiện chiến tranh hiện đại, khi mục tiêu có khả năng cơ động cao, hoạt động ở độ cao lớn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích, khảo sát và đánh giá sự hạn chế tính cơ động của tên lửa cánh lái khí động Nghiên cứu khoa học công nghệ PHÂN TÍCH, KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ HẠN CHẾ TÍNH CƠ ĐỘNG CỦA TÊN LỬA CÁNH LÁI KHÍ ĐỘNG VŨ HỎA TIỄN*, NGUYỄN NGỌC HƯNG*, NGUYỄN CÔNG THỨC** Tóm tắt: Vấn đề được đề cập trong bài báo là tập trung phân tích và chứng minh bằng tính toán về những giới hạn khả năng cơ động của tên lửa với hệ cánh lái khí động truyền thống. Từ đó làm rõ những yếu tố hạn chế đối tượng trong điều kiện chiến tranh hiện đại, khi mục tiêu có khả năng cơ động cao, hoạt động ở độ cao lớn. Từ khóa: Tên lửa phòng không, Cánh lái khí động, Khả năng cơ động, Hệ thống tự động ổn định trên khoang. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Những đặc trưng cơ bản, đánh giá tính cơ động của tên lửa [1], là khả năng tác động nhanh τp, khả năng tạo quá tải npmax (gia tốc pháp tuyến Wpmax) cực đại và trang bị cơ động Wα (đạo hàm riêng gia tốc pháp tuyến theo góc tấn công). Những đặc trưng trên được xác định thông qua những tham số của hệ thống tự động ổn định trên khoang (Automatic System Stabilization - ASS) và máy lái. Những đặc trưng động lực học ảnh hưởng tới tính cơ động của tên lửa là vận tốc trung bình V tb và xung lực đẩy riêng J 0 . Những đặc trưng phân bố trên khoang có ảnh hưởng tới những tham số như: khối lượng; mômen; vị trí trọng tâm và sự dịch chuyển của nó; độ dự trữ ổn định tĩnh của tên lửa và thay đổi của nó trong khi bay. Những đặc trưng khí động có ảnh hưởng tới tính cơ động của tên lửa là: các hệ số lực nâng Cy, Cz; đạo hàm riêng của chúng C У ( C Z ) theo góc tấn công  và góc trượt β; diện tích đặc trưng của bề mặt nâng S 0 . Từ những vấn đề nêu trên, đặt ra bài toán cần xác định giới hạn về khả năng cơ động của tên lửa cánh lái khí động trong mối ràng buộc giữa các đặc trưng, tham số đã chỉ ra. 2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐÁNH GIÁ TÍNH CƠ DỘNG CỦA TÊN LỬA Điều khiển tên lửa theo phương pháp khí động dựa trên cơ sở của phương pháp tạo lực - mômen khí động [2] về bản chất được thể hiện theo logic hình 1. Kết quả là tên lửa tiếp cận mục tiêu dưới tác động của gia tốc pháp tuyến W(t) làm giảm độ trượt h(t) theo thời gian. Đối với tất cả các loại sơ đồ khí động đều có một nguyên lý hoạt động chung được xác định bởi bản chất của phương pháp tạo lực và mômen điều khiển, liên quan tới lệnh điều khiển đầu vào hệ ASS tỷ lệ với độ trượt ban đầu h0. Hình 1. Nguyên lý điều khiển khí động của tên lửa để khử độ trượt ban đầu (h=h0-hkh). Bản chất của sự điều khiển bao hàm việc khử độ trượt ban đầu h0 (tại thời điểm nào đó) giữa tên lửa và mục tiêu, quá trình có thể biểu diễn dưới dạng phương trình tổng quát sau:   h  h0  p ,  mt , D (t )  hkh. (t ), (t ), (t ), (t ), w(t ),... (1) Phương trình (1) tổng quát hóa mối liên kết tác động đầu vào với phản ứng đầu ra của một vòng điều khiển (VĐK) kín tên lửa từ thời điểm t=0 tới thời điểm khử hoàn toàn độ trượt ban đầu h0 (t=d), như hình 2. Về toán học, mô hình tổng quát (1) khá tổng hợp và phức tạp vì là hàm nhiều biến. Các biến của nó có thể lại là hàm của các đại lượng khác. Bởi vậy ta phải “đóng băng” một số biến ít liên quan tới những đặc trưng cơ động của tên lửa. Phân tích tính cơ động của tên lửa được bắt đầu từ việc xem Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 36, 04 - 2015 9  Tên lửa & Thiết bị bay xét mối liên hệ giữa khả năng tác động nhanh р của tên lửa với các tham số của hệ ASS, thành phần chính của cả hệ thống điều khiển, có ảnh hưởng đáng kể tới sự hình thành những đặc trưng cơ động. Hình 2. Sự hình thành các đặc trưng điều khiển của tên lửa khi thực hiện lệnh. 2.1. Bài toán điều khiển của hệ ASS trên khoang tên lửa Điều khiển tên lửa, theo hình 2, trải qua hai giai đoạn sau: giai đoạn (t0 – t2) khử độ trượt ban đầu h0 và giai đoạn (t2 – t4) thiết lập lại vị trí cân bằng của tên lửa. Trong cả hai giai đoạn, hệ ASS trên khoang đều đóng vai trò chính, điều khiển chuyển động và ổn định tên lửa. Bản thân hệ ASS cũng là VĐK kín, bao gồm: tên lửa là đối tượng điều khiển; các cảm biến vận tốc góc (VTG), gia tốc thẳng (GTT) tạo nên các mạch hồi tiếp; máy lái và cánh lái khí động. Những yêu cầu cơ bản đối với một hệ ASS là phải đảm bảo: khả năng cơ động cho trước (quá tải tạo được, thời gian phản ứng và quá chỉnh); ổn định góc hay vận tốc góc xoắn; ổn định VĐK kín theo các dao động đàn hồi thân tên lửa. Để có thể đáp ứng những yêu cầu trên, hệ ASS trên khoang cần được xây dựng ở dạng hệ tự động điều khiển ba kênh (gật, hướng và liệng). Trong đó kênh gật và hướng có cấu trúc giống nhau, sử dụng để ổn định chuyển động ngang tên lửa, nên ta chỉ xét việc lựa chọn tham số và đặc trưng cho hệ ASS kênh điều khiển ổn định góc gật làm đại diện. 1. Sơ đồ cấu trúc và các đặc trưng của hệ ASS với hồi tiếp theo VTG và GTT Hệ ASS trên khoang với hồi tiếp theo VTG và GTT là hệ kín phổ biến, được sử dụng để điểu khiển và ổn định tên lửa trong điều kiện tên lửa có (hoặc không có) dự trữ ổn định tĩnh. Sơ đồ cấu trúc điển hình của một kênh ASS theo [1,4] được dẫn ra trên hình 3, có chỉ rõ những mối liên hệ xuất hiện khi tên lửa chuyển động như vật thể cứng có tính tới tính chất đàn hồi của thân. Mạch hồi tiếp theo GTT bảo đảm tính ổn định của hệ điều khiển kín khi dự trữ ổn định tĩnh (a2 ...