Sử dụng phần mềm mô phỏng khí động học Ansys nghiên cứu tính ổn định đầu đạn giảm thanh được thiết kế bằng phương pháp ống và lỗ khí động

Đạn giảm thanh theo nguyên lý piston-xilanh có tác dụng giảm thanh khi bắn, đầu đạn chuyển động theo quán tính đến mục tiêu nhờ động năng piston truyền cho. Với kết cấu đầu đạn có hình trụ dài, do vậy việc nghiên cứu điều kiện ổn định của đầu đạn trên đường bay là vấn đề cần giải quyết. Bài báo đưa ra hình dáng kết cấu đầu đạn theo nguyên lý ổn định bằng ống và lỗ khí động, đồng thời trình bày phương pháp tính toán tính ổn định của đầu đạn giảm thanh bằng ống và lỗ khí động có ứng dụng phần mềm ANSYS FLUENT.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sử dụng phần mềm mô phỏng khí động học Ansys nghiên cứu tính ổn định đầu đạn giảm thanh được thiết kế bằng phương pháp ống và lỗ khí động Nghiên cứu khoa học công nghệ SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG KHÍ ĐỘNG HỌC ANSYS NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH ĐẦU ĐẠN GIẢM THANH ĐƯỢC THIẾT KẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỐNG VÀ LỖ KHÍ ĐỘNG Võ Thiên Sơn1*, Trần Phú Hoành2 Tóm tắt: Đạn giảm thanh theo nguyên lý piston-xilanh có tác dụng giảm thanh khi bắn, đầu đạn chuyển động theo quán tính đến mục tiêu nhờ động năng piston truyền cho. Với kết cấu đầu đạn có hình trụ dài, do vậy việc nghiên cứu điều kiện ổn định của đầu đạn trên đường bay là vấn đề cần giải quyết. Bài báo đưa ra hình dáng kết cấu đầu đạn theo nguyên lý ổn định bằng ống và lỗ khí động, đồng thời trình bày phương pháp tính toán tính ổn định của đầu đạn giảm thanh bằng ống và lỗ khí động có ứng dụng phần mềm ANSYS FLUENT. Từ khóa: Đạn giảm thanh, Lỗ khí động, Độ ổn định tĩnh. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Đạn giảm thanh là loại đạn khi bắn có âm thanh đầu nòng nhỏ, hiệu ứng giảm thanh là do các cơ cấu bên trong đạn tạo ra chứ không kết hợp với vũ khí (như ống giảm thanh…). Súng chỉ có tác dụng phát hỏa và định hướng chuyển động cho đầu đạn nên không tham gia phát bắn như các loại vũ khí nhiệt động kín thông thường khác. Trên cơ sở nguyên lý hoạt động của đạn và đảm bảo tính linh hoạt trong sử dụng nên nhóm tác giả đã chọn súng rulo để ứng dụng bắn đạn giảm thanh. Các kích thước của đạn được tính toán phù hợp với kết cấu của súng. Đầu đạn là phần tử dùng để tiêu diệt mục tiêu, quá trình thiết kế, chế tạo, thử nghiệm đã đưa ra các lựa chọn về hình dáng, các thông số kết cấu theo các đặc tính động học đã xác định. Đối với đạn giảm thanh, để đảm bảo quá trình truyền động năng và định vị chuyển động của đầu đạn trong xilanh khi bắn nên đầu đạn có hình trụ dài (5,7d). Từ kết cấu hình dạng của đầu đạn và ổn định của đầu đạn đến mục tiêu là chuyển động quán tính nên coi đầu đạn là vật thể bay và cần có các yếu tố phân tích khí động liên quan đến chuyển động của đầu đạn. Xét viên đạn giảm thanh theo nguyên lý piston-xilanh có kết cấu như hình vẽ: Hình 1. Nguyên lý kết cấu đạn piston-xylanh. 1. Xilanh; 2. Đầu đạn; 3. Piston; 4. Thuốc phóng; 5. Bộ phát hỏa. Khi bộ phát hỏa (5) làm việc tạo ra tia lửa mồi cháy cho thuốc phóng (4), thuốc phóng cháy tạo ra sản phẩm khí có nhiệt độ, áp suất cao, áp suất tăng nhanh Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 299  Cơ học & Điều khiển thiết bị bay và giãn nở sinh công, đến khi đủ lớn thắng được lực cản ban đầu của piston (3) và xilanh (1), piston chuyển động mang đầu đạn (2) chuyển động theo, khi piston chạm vào bậc giữ của xilanh (1) thì dừng lại và bịt kín khí thuốc không cho thoát ra ngoài, đầu đạn (2) tiếp tục chuyển động đến mục tiêu nhờ lực quán tính. Sản phẩm cháy hoàn toàn nằm trong buồng kín và được giữ lại trong xilanh, phần bay đi chỉ có đầu đạn, phần giữ lại bao gồm xilanh, piston và sản phẩm cháy do thuốc phóng tạo ra. Hình 2. Sản phẩm súng, đạn giảm thanh. Với các loại súng truyền thống, trong nòng súng có rãnh xoắn, nên khi ra khỏi nòng đầu đạn xoay quanh trục dọc của thân nên tạo nên mô men ổn định giúp đường đạn ổn định trong không gian. Do kết cấu đầu đạn giảm thanh dài nên thiết kế rãnh xoắn sẽ phức tạp và làm giảm động năng, sơ tốc đầu nòng. Để khắc phục những nhược điểm đó và phù hợp với mục đích sử dụng, súng bắn đạn giảm thanh theo nguyên lý piston-xilanh được thiết kế không có rãnh xoắn. Như vậy, phần đầu đạn bay ra ngoài bay theo quỹ đạo bài toán thuật phóng ngoài không có lực tác dụng sau cùng của khí thuốc, đầu đạn không quay. Với mục đích là đảm bảo đạn bay ra có độ ổn định và độ chụm cao, nhóm tác giả đề xuất phương án khoét lỗ ở đuôi đầu đạn tạo ống và lỗ ổn định như bản vẽ kỹ thuật ở hình 3. Quá trình thử nghiệm cho thấy, đầu đạn có thiết kế như vậy, cho hiệu quả chiến đấu tốt hơn nhiều so với đầu đạn thông thường (không khoét lỗ ở đuôi đầu đạn): xác xuất trúng bia 80% so với 30%, khả năng đâm xuyên cũng tốt hơn do đầu đạn không bị đập thân vào bia. Trong khuôn khổ bài báo này, nhóm tác giả sử dụng phần mềm mô phỏng ANSYS và lý thuyết động học bay để lý giải hiệu quả về mặt thiết kế của phương án khoét lỗ đuôi so với phương án không khoét lỗ. Từ đó thấy được sự khả thi trong giải pháp kỹ thuật này. 300 V.T. Sơn, T.P. Hoành, “Sử dụng phần mềm mô phỏng … ống và lỗ khí động.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐẠN VÀ BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC BAY CỦA ĐẦU ĐẠN 2.1. Các tham số đầu đạn Đầu đạn có khoét lỗ khí động (a) 3 Tỷ trọng = 0.00785 g/mm Khối lượng đạn = 5.41 grams Thể tích = 689.56 mm3 Diện tích tổng thể = 866.72 mm2 Tâm khối: (mm) X = -0.00; Y = 19.88; Z = 0.00 Mô men quán tính (đơn vị g.mm2): Lxx = 570.36; Lxy = 0.00; Lxz = -0.00 Lyx = 0.00; Lyy = 23.47; Lyz = -0.00 Lzx = -0.00; Lzy = -0.00; Lzz = 570.36; Đầu đạn không khoét lỗ khí động (b) Tỷ trọng = 0.00785 g/mm3 Khối lượng đạn = 5.82 grams Thể tích = 703.01 mm3 Diện tích tổng thể = 883.12 mm2 Tâm khối: (mm) X = -0.00; Y = 21.27; Z = 0.00 Mô men quán tính (đơn vị g.mm2): Lxx = 567.31; Lxy = 0.00; Lxz = -0.00 Lyx = 0.00; Lyy = 24.11; Lyz = -0.00 Hình 3. Các tham số hình dạng của đạn có lỗ Lzx = -0.00; Lzy = -0.00; Lzz = 567.31; khí động (a) và không có lỗ khí động (b). 2.2. So sánh độ dự trữ ổn định tĩnh trên cơ sở phần mềm Ansys Fluent/CFX 2.2.1. Mô hình hình học, xây dựng lưới tính toán và thiết lập trình giải bằng ANSYS.CFX a b ...