Xác định các hệ số khí động của tên lửa B-72 khi quay quanh trục dọc bằng phần mềm Ansys

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định một số hệ số khí động quan trọng của tên lửa chống tăng B-72 khi xoay quanh trục dọc bằng phương pháp mô phỏng số trong ANSYS.CFX. Kết quả nhận được được so sánh với kết quả mô phỏng tên lửa không quay và được dùng làm cơ sở dữ liệu đầu vào của chương trình mô phỏng động lực học bay và hệ thống mô phỏng bán tự nhiên tên lửa B-72.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định các hệ số khí động của tên lửa B-72 khi quay quanh trục dọc bằng phần mềm AnsysNghiên cứu khoa học công nghệ XÁC ĐỊNH CÁC HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG CỦA TÊN LỬA B-72 KHI QUAY QUANH TRỤC DỌC BẰNG PHẦN MỀM ANSYS Trần Mạnh Tuân*, Nguyễn Phú Thắng, Nguyễn Văn Chúc, Đỗ Tiến Cần, Phạm Khắc Lâm Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định một số hệ số khí động quan trọng của tên lửa chống tăng B-72 khi xoay quanh trục dọc bằng phương pháp mô phỏng số trong ANSYS.CFX. Kết quả nhận được được so sánh với kết quả mô phỏng tên lửa không quay và được dùng làm cơ sở dữ liệu đầu vào của chương trình mô phỏng động lực học bay và hệ thống mô phỏng bán tự nhiên tên lửa B-72.Từ khóa: Hệ số khí động tên lửa quay, ANSYS.CFX. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tên lửa chống tăng B-72 được trang bị cho các đơn vị trong quân đội từ năm1972 là loại tên lửa có điều khiển một kênh tầm gần. Khi tấn công mục tiêu, tên lửaquay quanh trục đối xứng và được điều khiển theo các phương thẳng đứng cũngnhư vuông góc chỉ bẳng một kênh điều khiển duy nhất cho máy lái. Tùy thuộc vàogóc xoay của tên lửa so với vị trí ban đầu mà mô men điều khiển sinh ra do máy láisẽ có tác dụng tương ứng. Tên lửa có khả năng tiêu diệt các mục tiêu di động trongcự ly từ 500 đến 3000 m. Một số thông số kỹ thuật chính của tên lửa B-72, theo tài liệu [1, 7, 8]: - Tốc độ bay trung bình: 120 (m/s); - Góc tấn ổn định: 30 ; - Đường kính thân tên lửa: 0,125 (m); - Chiều dài: 0,86 (m); - Sải cánh: 0,393 (m); - Vận tốc quay quanh trục khi bay: 8,5 (vòng/s); - Khối lượng: 10,9 (kg); - Lực đẩy trung bình của ĐCHT: 81 (N); Để giữ cho tên lửa quay trong khi bay, các cánh được bố trí nghiêng so với trụcdọc của tên lửa một góc δ = 3015’. Khi tên lửa B-72 bay, dưới tác dụng của tảitrọng khí động, các cánh gây ra mô men Cren làm tên lửa xoay quanh trục đốixứng Ox với vận tốc góc ωx ≈ - 8,5 (vòng/s). Khi tên lửa quay quanh trục bên cạnh các hệ số khí động tương ứng với vị trígóc xoay Cren còn có các thành phần khác sinh ra do chuyển động quay của tênlửa. Khi tính toán xác định các hệ số khí động tên lửa quay bằng các phương pháptruyền thống người ta thường không khảo sát chuyển động quay mà chỉ khảo sátchuyển động tịnh tiến truyền thống và bổ sung các hệ số quy đổi sang chuyển độngquay. Để nhận được bộ số liệu tin cậy phục vụ mô phỏng động lực học bay tên lửa,các tác giả trình bày phương pháp xác định một số hệ số khí động quan trọng củatên lửa B-72 khi quay quanh trục đối xứng bằng phần mềm mô phỏng số trongANSYS.CFX. Khảo sát tên lửa bay trong mặt phẳng đối xứng xOy với vận tốc V =120 (m/s), góc tấn thay đổi từ 00 đến 100, vận tốc góc ωx = - 8,5 (vòng/s). Các hệsố khí động được quan tâm là hệ số lực cản Cx, hệ số lực nâng Cy, hệ số mô menCren mx , hệ số mô men chúc ngóc mz và tọa độ tâm áp xta.Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 199 Cơ học & Điều khiển thiết bị bay 2. XÂY DỰNG BÀI TOÁN MÔ PHỎNG2.1. Xây dựng mô hình hình học và chia lưới Giải bài toán động lực học dòng chảy bằng phần mềm mô phỏng số thực chất làquá trình giải các phương trình vi phân của các tham số dòng chảy bằng phươngpháp phần tử hữu hạn. Theo đó, cần xây dựng mô hình 3D vùng thể tích tính toánvà dựng mô hình lưới cho mô hình 3D đó. Sau các thiết lập mô phỏng, chươngtrình sẽ tiến hành giải các phương trình vi phân cho các mắt lưới và nhận được kếtquả khi đạt độ hội tụ cần thiết. Các bước xây dựng bài toán mô phỏng động lực họcdòng chảy xác định các hệ số khí động tên lửa B72 được tiến hành theo tài liệu [4]và [5]. Mô hình 3D được dựng theo các kích thước thực tế bao của tên lửa B-72. Hệ tọađộ dựng hình là hệ tọa độ gắn liền. Gốc tọa độ trùng với trọng tâm của tên lửa (xtt= 0,5 m). Trục Ox hướng từ mũi về phía đuôi. Trục Oy hướng thẳng đứng lên trên.Trục Oz hướng sang trái ( nếu nhìn theo chiều trục Ox) (hình 1). Để giảm thiểuthời gian tính toán cũng như tăng chất lượng lưới các chi tiết nhỏ như khe hở nhỏ,các mấu nhỏ được loại bỏ mà không ảnh hưởng nhiều đến kết quả tính toán. Tênlửa khi đó có kết cấu dạng đối xứng trục. Vùng thể tích tính toán là vùng không khíbao quanh tên lửa được dựng là hình nửa elip tròn xoay đường kính trục ngắn 3mvà trục dài 9m bao quanh mô hình tên lửa. Các bề mặt biên được dựng cách xa bềmặt chảy bao (1,5 m cách mũi và 2,5 m cách đuôi) để giảm thiểu ảnh hưởng lẫnnhau và tăng độ chính xác của kết quả. Hình 1. Mô hình 3D tên lửa B-72 (a) và kích thước vùng thể tích tính toán (b). Mô hình 3D vùng thể tích tính toán được chia lưới bằng phần mềmANSYS.Meshing trên cơ sở cân ...