Tính toán lựa chọn tuyến hình cho phương tiện ngầm không người lái

Nội dung của bài viết này trình bày tính toán lựa chọn tuyến hình cho phương tiện ngầm không người lái (PTNKNL), nhất là các phương tiện hoạt động ở độ sâu đến 100 m để thực hiện một số nhiệm vụ đặc chủng của Hải quân có vai trò hết sức quan trọng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán lựa chọn tuyến hình cho phương tiện ngầm không người láiThông tin khoa học công nghệ TÍNH TOÁN LỰA CHỌN TUYẾN HÌNH CHO PHƯƠNG TIỆN NGẦM KHÔNG NGƯỜI LÁI Nguyễn Thanh Chinh1*, Vũ Đức Vinh2 Tóm tắt: Tính toán lựa chọn tuyến hình cho phương tiện ngầm không người lái (PTNKNL), nhất là các phương tiện hoạt động ở độ sâu đến 100 m để thực hiện một số nhiệm vụ đặc chủng của Hải quân có vai trò hết sức quan trọng. Kết quả của quá trình mang tính chất quyết định trong giai đoạn đầu của việc thiết kế, chế tạo loại phương tiện đặc chủng này. Bài báo này tập trung giới thiệu kết quả tính toán, lựa chọn tuyến hình dựa trên phương pháp mô phỏng, lựa chọn mô hình và thử nghiệm sản phẩm.Từ khóa: Thiết kế phương tiện ngầm; Tính toán lựa chọn tuyến hình; Phương tiện ngầm không người lái; Tuyến hình. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm qua, lực lượng tác chiến ngầm của Quân chủng Hải quân được xây dựng vàphát triển không ngừng lớn mạnh, luôn luôn sẵn sàng chiến đấu, đủ khả năng phải ứng nhanh, tácchiến tinh nhuệ góp phần bảo vệ vững chắc chủ quyền biển, đảo thiêng liêng của Tổ quốc.PTNKNL là một thành phần của lực lượng tác chiến ngầm, có những đặc tính đặc chiến-kỹ thuậtđặc thù đang dần khẳng định vai trò và vị trí trong lực lượng này. Việc phát triển PTNKNL phụthuộc rất nhiều vào khả năng tính toán, lựa chọn tuyến hình trong giai đoạn đầu của việc thiết kế.Ở trong nước, việc tính toán và lựa chọn tuyến hình cho PTNKNL gặp rất nhiều khó khăn, điểnhình là thiếu mẫu, thiếu phòng thí nghiệm và các khu vực thử nghiệm để đưa ra được các mẫuphù hợp. Thời gian gần đây, lực lượng kỹ thuật Hải quân đã đạt nhiều thành công trong lựa chọntuyến hình cho PTNKNL, nhiều loại PTNKNL đã được chế tạo trên cơ sở tính toán, mô phỏngđể lựa chọn tuyến hình, điển hình là các loại mục tiêu ngầm có kích thước và tính năng rất phongphú, từ đơn giải nhất là các bộ gõ tạo âm bằng phương pháp cơ khí đến việc tạo ra những tín hiệuphức tạp, hoạt động theo các thuật toán phức tạp (các mồi bẫy ngư lôi), duy trì thời gian dài vàhành trình theo những quỹ đạo kết hợp theo kịch bản lập trình [1]. 2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT2.1. Tính toán lựa chọn tuyến hình, lựa chọn các thông số cơ bản Để khắc phục các khó khăn do thiếu cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm, đội ngũ kỹ thuậtchuyên ngành đã sử dụng một số phần mềm chuyên về thiết kế như AnSys, MaxSurf,… môphỏng với cơ sở dữ liệu lớn kết hợp với kinh nghiệm của đội ngũ chuyên gia kỳ cựu trong thiếtkế tàu, xuồng, phương tiện nổi, trong cải tiến hiện đại hóa các loại tàu Hải quân [2]. Qua khảo sát, phân tích và chạy thử mô hình, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các bài toán môphỏng các tình huống điển hình và phi điển hình. Dưới đây là minh họa kết quả mô phỏng lựccản đối với 08 trường hợp điển hình sử dụng phần mềm Ansys fluent, với các thông số PTNKNLđược mô phỏng: chiều dài: 3550 mm; đường kính thân: 350 mm; vận tốc khai thác: 4 hải lý/giờ;độ sâu lặn tối đa: 150 m; vật liệu: hợp kim nhôm, mác 6061-T6. Kết quả mô phỏng các trường hợp cụ thể: - Trường hợp 1: Khối cầu; - Trường hợp 2: Khối elip tròn xoay; - Trường hợp 3: Khối hình hộp chữ nhật; - Trường hợp 4: Khối hình trụ ở giữa, đầu là bán cầu, đuôi là bán cầu; - Trường hợp 5: Khối hình trụ ở giữa, đầu bán cầu, đuôi hình nón; - Trường hợp 6: Khối hình côn ở giữa, đầu bán cầu, đuôi hình nón; - Trường hợp 7: Khối hình trụ ở giữa, đầu elip tròn xoay, đuôi hình nón; - Trường hợp 8: Khối hình côn ở giữa, đầu elip tròn xoay, đuôi elip tròn xoay.Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 71, 02 - 2021 169 Thông tin khoa học công nghệ Hình 1. Đồ thị so sánh lực cản của các kiểu hình dáng khác nhau. Kết hợp với bài toán mô phỏng ứng suất, mô phỏng lực tác động uốn, nhóm nghiên cứu đãchọn mẫu sản phẩm (prototype) có dạng trụ tròn, tương đồng với mẫu số 7 và rút ra kết luận: 1. Mũi phương tiện có dạng hình elip xoay, thân dạng hình trụ tròn, và đuôi dạng hình côn; 2. Độ dày thân: 7 mm, đáp ứng chịu lực ở độ sâu hoạt động và bảo đảm không bị cong vênh,biến dạng trong quá trình triển khai; 3. Sử dụng phương pháp dằn động lực khi chuyển chế độ chạy ngầm – chạy nổi (sử dụngcánh lái, cánh dằn). Thêm vào đó, cân nhắc các yếu tố về vật liệu, về sức bền và độ ổn định, nhóm nghiên cứu đãlựa chọn được tuyến hình và thông số cơ bản của PTNKNL như sau: + Chiều dài: 3550 mm; + Đường kính thân: 350 mm; + Vận tốc khai thác: 3 hải lý/giờ; + Vận tốc tối đa: 4 hải lý/giờ; + Độ lặn sâu tối đa: 100 m; + Vật liệu: nhôm hợp kim. Để bảo đảm khả năng cơ động khi vận chuyển và sự độc lập về không gian giữa các bộ phânchức năng, tuyến hình được phân tách thàn ...