Tính toán kiểm bền ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa

Bài báo trình bày việc tính toán kiểm bền kết cấu ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa từ vật liệu compozit lớp chịu tải khí động bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Các tải trọng khí động được tính toán theo lý thuyết Newton, các đặc tính của vật liệu được tính toán trên cơ sở mô hình vật liệu compozit lớp trực hướng. Mô hình toán, giải thuật và chương trình tính toán bằng Matlab đã được xây dựng và áp dụng tính toán cho ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa Kh-35E.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán kiểm bền ốp che anten đầu tự dẫn tên lửaTên lửa & Thiết bị bay TÍNH TOÁN KIỂM BỀN ỐP CHE ANTEN ĐẦU TỰ DẪN TÊN LỬA Vũ Tùng Lâm*, Trần Ngọc Thanh Tóm tắt: Bài báo trình bày việc tính toán kiểm bền kết cấu ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa từ vật liệu compozit lớp chịu tải khí động bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Các tải trọng khí động được tính toán theo lý thuyết Newton, các đặc tính của vật liệu được tính toán trên cơ sở mô hình vật liệu compozit lớp trực hướng. Mô hình toán, giải thuật và chương trình tính toán bằng Matlab đã được xây dựng và áp dụng tính toán cho ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa Kh-35E.Từ khóa: Phần tử hữu hạn, Vỏ compozit lớp, Ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các ốp che anten đầu tự dẫn trong tên lửa là những phần tử chịu lực chính, chúng bảođảm hình dáng khí động cho tên lửa và bảo vệ các thiết bị bên trong tránh khỏi những tácđộng bên ngoài trong quá trình hoạt động của tên lửa. Một trong các yêu cầu đối với kếtcấu này là phải bền vững khi chịu tải trong mọi điều kiện hoạt động, sử dụng, do vậy,trong tính toán thiết kế ốp che anten cần thiết phải đánh giá được độ bền của nó. Theo các công trình [2], [4], [8] phần lớn các ốp che anten làm từ vật liệu compozitlớp, dẫn đến bài toán kiểm bền ốp che anten đầu tự dẫn liên quan tới việc phân tích cơhọc kết cấu vỏ compozit. Khó khăn chính trong bài toán này là vấn đề xác định tải trọngtác dụng lên ốp và ứng xử của vật liệu compozit khi tác dụng tải trọng. Trong bài báotrình bày vấn đề phân tích cơ học ốp che anten đầu tự dẫn, tập trung vào giải quyết haivấn đề trên. 2. MÔ HÌNH TOÁN2.1. Tính toán tải khí động tác dụng lên ốp Tải khí động được xác định bằng cách tính toán áp lực khí động tác dụng lên ốp. Khitính toán ta chia áp lực khí động thành hai thành phần tĩnh và động: p  p h  p (1) Áp lực tĩnh xác định theo trạng thái khí quyển liên quan đến độ cao bay của tên lửa, áplực động phụ thuộc chủ yếu vào dòng chảy bao quanh ốp. Áp lực động pα tại mỗi điểm cụthể trên thân ốp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: áp suất dòng q, góc chương động α,góc kết cấu, góc tọa độ φ, các thông số này chỉ ra trên hình 1. Hình 1. Sơ đồ xác định áp lực động lên ốp che anten đầu tự dẫn. Áp lực trên bề mặt của một vật thể chuyển động trong không khí xác định chính xácnhất là dựa vào thử nghiệm trong ống thổi hoặc bằng các phương pháp mô phỏng số12 V. T. Lâm, T. N. Thanh, “Tính toán kiểm bền ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa.”Nghiên cứu khoa học công nghệ(CFX, Fluent). Tuy nhiên việc thực hiện công việc này là khá khó khăn và tốn kém, mặtkhác chúng khó có khả năng kết hợp với các mô hình phân tích cơ học kết cấu. Một sốcông trình hiện nay sử dụng mô hình được xây dựng dựa trên lý thuyết Newton [2], [10]để tính toán đã cho kết quả tương đối hợp lý và thuận tiện cho việc kết hợp chúng vớiphương pháp PTHH để phân tích kết cấu. Theo đó áp lực động pα trên bề mặt cuả ốp đượcxác định theo thành phần vận tốc pháp: 2 V  p  2q  n  (2)  V  trong đó: Vn - vận tốc pháp của dòng tại điểm đang xét; V- vận tốc bay của tên lửa; q-áp lực dòng. Áp lực dòng q là hàm của vận tốc bay và tỷ trọng không khí ρ phù hợp với vị trí của tênlửa trên quỹ đạo được tính như sau: V2 q . (3) 2 Từ biểu diễn hình học (hình 1) dễ dàng tìm được Vn là một hàm của các góc α, θ, φ vàvận tốc bay V : Vn  V sin  cos  cos  +V cos sin . (4) Từ đó xác định được pα: 2 p  2q  sin  cos  cos +cos sin  . (5) Tải khí động tác dụng lên toàn bộ bề mặt ốp được tính bằng tích phân áp lực khí độngtrên diện tích bề mặt của ốp. Tích phân này có thể tính dễ dàng bằng phương pháp tíchphân số.2.2. Cơ học vỏ compozit lớp2.2.1. Quan hệ ứng suất biến dạng trong vỏ compozit lớp trực hướng Kết cấu vỏ compozit lớp được mô hình hóa theo lý thuyết vỏ của Mindlin [1]. Trườngbiến dạng trong vỏ có dạng sau: u u u v u w w v x  ;  y  ;  xy   ;  yz   ;  zx   ; (6) x x y x z x y z Quan hệ ứng suất, biến dạng được cho như sau :  x   C11 C12 0 0 0 x    C 0    y   y   12 C22 0 0 ...