Xây dựng bài toán ngược xác định các thành phần lực và momen khí động của khí cụ bay bằng phương pháp xử lý số liệu bay thử nghiệm

Trong bài báo này, chúng tôi thực hiện xây dựng bài toán ngược và phương pháp giải ngược để xác định các thành phần lực và momen khí động của khí cụ bay (KCB). Các thiết bị ghi nhận quỹ đạo hiện đại có thể ghi lại các tham số quỹ đạo trong quá trình bay thử nghiệm đó là các tham số góc, vị trí của KCB trong không gian (tham số quỹ đạo) đồng bộ theo thời gian thực, các tham số này là số liệu đầu vào để giải bài toán ngược, còn kết quả của bài toán ngược là các thành phần lực và momen khí động thực nghiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng bài toán ngược xác định các thành phần lực và momen khí động của khí cụ bay bằng phương pháp xử lý số liệu bay thử nghiệm Tên lửa & Thiết bị bay XÂY DỰNG BÀI TOÁN NGƯỢC XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN LỰC VÀ MOMEN KHÍ ĐỘNG CỦA KHÍ CỤ BAY BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU BAY THỬ NGHIỆM Mai Duy Phương 1*, Phạm Vũ Uy 2 Tóm tắt: Trong bài báo này, chúng tôi thực hiện xây dựng bài toán ngược và phương pháp giải ngược để xác định các thành phần lực và momen khí động của khí cụ bay (KCB). Các thiết bị ghi nhận quỹ đạo hiện đại có thể ghi lại các tham số quỹ đạo trong quá trình bay thử nghiệm đó là các tham số góc, vị trí của KCB trong không gian (tham số quỹ đạo) đồng bộ theo thời gian thực, các tham số này là số liệu đầu vào để giải bài toán ngược, còn kết quả của bài toán ngược là các thành phần lực và momen khí động thực nghiệm. Việc khảo sát tương quan giữa các thành phần lực và momen khí động trong quá trình tính toán lý thuyết với các thành phần lực và momen khí động thực nghiệm làm cơ sở cho việc hiệu chỉnh các tham số khí động, nhằm mục đích nâng cao chất lượng điều khiển cho KCB. Từ khóa: Khí cụ bay, Tham số khí động. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Xác định đặc tính khí động thực tế và hiệu chỉnh tham số khí động đã tính toán theo lý thuyết thông qua quá trình thử nghiệm là một công việc cần phải được thực hiện để hỗ trợ việc xác định các tham số điều khiển nhằm nâng cao tính ổn định và chất lượng điều khiển cho các KCB. Bay thử là công việc được thực hiện để xác định các tham số khí động đối với mẫu đã chế thử. Trong quá trình tính toán thiết kế KCB, ta cần quan tâm đến bài toán thuận, được biểu diễn thông qua hệ phương trình chuyển động của KCB[1]. Đây là bài toán có dữ liệu đầu vào là các tham số khí động, đặc tính khối lượng, tham số làm việc của hệ thống... và kết quả nhận được sau khi giải bài toán thuận là các tham số quỹ đạo (vị trí và góc của KCB trong không gian theo thời gian). Đặc tính khối lượng, tham số làm việc đều có khả năng đo đạc một cách chính xác, còn tham số khí động được xác định từ các phương pháp thổi mẫu trong ống khí động, dùng phương pháp toán học hay các phần mềm chuyên dụng[1]. Như vậy, do sai số từ việc xác định các tham số khí động của KCB, dẫn đến kết quả bài toán thuận không chính xác so với kết quả thử nghiệm mẫu. Trong quá trình thử nghiệm, ta sẽ nhận được nghiệm thực của bài toán thuận, cụ thể ở bài toán chuyển động của KCB là các tham số quỹ đạo. Nếu đem kết quả thử nghiệm đối chiếu với kết quả của bài toán thuận ta sẽ thấy được những giá trị và tính chất sai lệch của các tham số quỹ đạo. Giá trị sai lệch đó phản ánh sai số giữa các tham khí động lý thuyết và các tham số khí động thực tế. Rõ ràng, để có thể hiệu chỉnh các tham số khí động của KCB từ các tham số quỹ đạo đo đạc, thử nghiệm thì vấn đề cần được giải quyết trước mắt đó là: Cần phải có phương pháp luận để thực hiện quá trình đồng nhất kết quả tính toán lý thuyết và kết quả đo đạc thực nghiệm, từ đó nhận biết được tác nhân gây ra sai số quỹ đạo giữa hai bài toán và chỉ rõ bản chất sai số của các hệ số, tham số khí động trong quá trình giải bài toán thuận - đây chính là cơ sở để hiệu chỉnh các tham số khí động của KCB. Hình 1 thể hiện cơ sở phương pháp luận để hiệu chỉnh các tham số khí động của KCB, phân tích sơ đồ trên ta nhận thấy có 2 phương pháp để thực hiện việc hiệu chỉnh tham số khí động như sau: 20 M.D. Phương, P.V. Uy, “Xây dựng bài toán ngược… xử lý số liệu bay thử nghiệm.” Nghiên cứu khoa học công nghệ - Phương pháp 1: Đồng nhất kết quả lý thuyết và kết quả thực nghiệm thông qua việc so sánh trực tiếp các tham số quỹ đạo lý thuyết của bài toán thuận và quỹ đạo đo đạc từ thực nghiệm. Phương pháp này sẽ gặp khó khăn do tham số quỹ đạo và tham số khí động không thể hiện mối quan hệ một cách trực tiếp và rõ ràng. Tham số khí Bài toán Lực và momen khí Tham số quỹ động lý thuyết thuận động lý thuyết đạo lý thuyết Hệ phương trình (1) Lực và momen khí Bài toán Tham số quỹ đạo động thực nghiệm ngược thực nghiệm Phương pháp gián tiếp Phương pháp trực tiếp Hình 1. Phương pháp luận hiệu chỉnh tham số khí động của KCB. - Phương pháp 2: Gián tiếp thông qua các thành phần lực và momen khí động để phân tích, xác định hay hiệu chỉnh các tham số khí động của KCB. Phương pháp này thực hiện dễ dàng hơn vì những lý do sau đây: + Có thể xác định được các thành phần lực và momen khí động theo tính toán lý thuyết trong quá trình giải bài toán thuận. + Có thể xây dựng bài toán ngược và phương pháp giải bài toán ngược thông qua các phép biến đổi toán học và các công cụ giải hiện đại để tìm lại các thành phần lực và momen khí động thực nghiệm. Từ đó, đồng nhất các phương trình lực và momen khí động giữa lý thuyết và thực nghiệm để hiệu chỉnh tham số khí động.  V2    X a  C x 0  A1 . 2  A2 ..  A3 . 2  2 S   V2   Ya  C y 0  C y .  C y .  2 S   V2   Z a  C z .  C z H . H  2 ...