Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của đại liên khi bắn

Bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng
Học viện kỹ thuật quân sự



Trơng T Hiếu



khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn
định của đại liên khi bắn





Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật
Mã số : 62.52.02.01





Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật

Hà Nội 2009







Công trình đợc hoàn thành tại:
Học viện kỹ thuật quân sự


Ngời hớng dẫn khoa học:
PGS. TS Phạm Huy Chơng


Phản biện 1: GS. TSKH Đỗ Sanh
Đại học Bách khoa Hà nội
Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh
Viện Cơ học Việt nam
Phản biện 3: PGS. TS Nguyễn Ngọc Chơng
Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng


Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nớc họp tại:
Vào hồi . . . giờ . . . ngày . . . tháng . . . năm 2009

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Th viện Quốc gia
- Th viện Học viện Kỹ thuật Quân sự















danh mục công trình của tác giả

1. Trơng T Hiếu (2003), Các giải pháp nâng cao tính ổn định của súng đại liên khi bắn, Tạp chí Kỹ thuật
và Trang bị, số 33 tháng 6 năm 2003 tr 35-36 và 64.
2. Đặng Đức Thắng, Trơng T Hiếu (2003), Về bài toán chọn các thông số tối u cho giảm giật súng tự động
, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, số 104 (III-2003) tr. 103-110.
3. Trơng T Hiếu (2007), ứng dụng phần mềm SAP2000 khảo sát sự ổn định của đại liên khi bắn, Tuyển tập
công trình Hội nghị Khoa học các nhà nghiên cứu trẻ, Nhà xuất bản Quân đội nhân dân, tr. 195-208.
4. Trơng T Hiếu (2007), Khảo sát ổn định của đại liên khi bắn theo cơ học hệ vật rắn, Tạp chí Khoa học và
kỹ thuật, số 121 (IV-2007) tr. 43-51.

5. Trơng T Hiếu, Uông Sỹ Quyền (2008), Sử dụng phơng pháp thực nghiệm để xác định các thông số động
lực học của vũ khí tự động khi bắn, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, số 123 (II-2008) tr 118-123.



1
Mở đầu
Tính cấp thiết của đề tài: Chơng trình phát triển vũ khí, trang bị
nói chung và chơng trình phát triển vũ khí bộ binh nói riêng đã đợc
xác định là một trong những hớng u tiên của nền công nghiệp quốc
phòng nớc ta hiện nay nhằm bảo đảm tự chủ về nguồn cung cấp.
Hiện nay, cơ bản chúng ta đã làm chủ đợc quá trình thiết kế và sản
xuất các loại súng cỡ nhỏ theo mẫu nhng để thực sự làm chủ đợc cả
quá trình và có thể tự thiết kế ra những loại trang bị phù hợp với cách
đánh và con ngời Việt nam thì đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu
hơn về bản chất các hiện tợng xảy ra khi bắn và các mô hình tính toán
cần phù hợp với thực tế hơn nữa để giúp định hớng cho quá trình thiết
kế và giảm chi phí thử nghiệm. Trong thiết kế vũ khí tự động cỡ nhỏ,
một bài toán rất quan trọng là đánh giá độ ổn định của hệ khi bắn vì
độ ổn định là một trong những yếu tố quyết định đến hiệu quả bắn tức
là khả năng tiêu diệt mục tiêu. Xuất phát từ những đòi hỏi trên, đề tài:
Khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định
của đại liên khi bắn nhằm thiết lập một mô hình tổng quát bài toán
dao động của hệ súng-giá-xạ thủ trong không gian phục vụ cho việc
khảo sát, đánh giá và làm cơ sở nâng cao hiệu quả quá trình khai thác,
cải tiến và thiết kế loại trang bị này.
Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn các
thông số của súng-giá bảo đảm giải quyết mối quan hệ giữa độ chính
xác bắn và khả năng cơ động phục vụ cho thiết kế, cải tiến và lựa
chọn chế độ khai thác hợp lý.

Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: Lấy đối tợng là súng đại liên
bắn trên giá 3 chân hoặc giá có bánh xe. Mô hình tính toán là dao
động của hệ trong không gian có kể tới mối liên kết của súng-giá với
xạ thủ và nền đặt bắn. áp dụng tính toán cho 2 mẫu điển hình là đại

2
liên CGM và PKMS.
Phơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm đo đạc thông số đầu vào và kiểm chứng mô hình.
ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Bổ sung và hoàn
chỉnh cho bài toán khảo sát, đánh giá chất lợng khi thiết kế súng tự
động cỡ nhỏ, góp phần định hớng và giúp giảm chi phí khi thiết kế
mới. Xây dựng cơ sở khoa học lựa chọn mô hình tính ổn định tĩnh và
động của súng có giá.
Nội dung nghiên cứu: Luận án gồm phần mở đầu và bốn chơng
thuyết minh cùng với danh mục các bài báo đã công bố, kết luận và
phần phụ lục các kết quả thực nghiệm. Có 70 hình, 25 bảng, sử dụng 52
tài liệu tham khảo.

Chơng 1
Tổng quan
1.1. ổn định của đại liên khi bắn
1.1.1. Đại liên
Trên quan điểm ổn định khi bắn, đại liên có thể đợc chia ra làm
hai loại:
- Đại liên thế hệ 1: đợc thiết kế trên quan điểm ổn định tĩnh - có
liên kết liên tục với nền đặt bắn (điển hình là mẫu CGM);
- Đại liên thế hệ 2: đợc thiết kế trên quan điểm ổn định động -
bán liên kết với nền đặt bắn (điển hình là mẫu PKMS).

Hình 1.1 Đại liên CGM Hình 1.2 Đại liên PKMS

3
Qua phân tích đặc điểm của hai thế hệ ta thấy đại liên của thế hệ 1
có kết cấu cồng kềnh, trọng lợng lớn, khả năng cơ động kém và đặc
tính ổn định không cao trên các nền đặt bắn phức tạp. Với các loại đại
liên thế hệ 2 đã khắc phục cơ bản các nhợc điểm đó và hiện nay là
mẫu trang bị phổ biến trên thế giới.
1.1.2. Lý thuyết ổn định của đại liên khi bắn
Độ ổn định của súng đại liên khi bắn [1], [4], [5] không quyết
định hoàn toàn nhng ảnh hởng lớn đến độ chính xác bắn. Khi tính
toán hoặc nghiên cứu độ ổn định của súng có giá thờng chia ra ổn
định tĩnh và ổn định động. Khi nghiên cứu ổn định tĩnh thờng bỏ qua
độ đàn hồi của giá và nền đất, súng đợc coi là ổn định khi giá không
bị nẩy, nghĩa là điểm tựa của giá không bị tách khỏi nền đất. Còn khi
nghiên cứu ổn định động thì súng đợc coi là ổn định khi vị trí đờng
trục nòng của nó không thay đổi ở thời điểm bắn từng phát trong loạt.
Qua khảo sát sơ bộ cho thấy việc lựa chọn đợc các sơ đồ nguyên lý
và mô hình tính toán phù hợp sẽ có vai trò rất lớn trong quá trình thiết
kế nhằm tạo ra những mẫu đại liên có khả năng thích ứng ngày càng
cao trong chiến tranh hiện đại.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc
1.2.1. Ngoài nớc
Trên thế giới có rất nhiều nhà khoa học đã quan tâm giải quyết bài
toán này. Tuy nhiên, đây là các công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực
quân sự nên không phải tất cả đều đợc công bố. Qua các tài liệu có
đợc thì có thể thấy một số mô hình tiêu biểu sau:
Mô hình của BV.Orlop và VV.Anpherop [42],[48]: việc các tác
giả chia máy tự động thành: Khâu cơ sở và khâu làm việc đã đa bài
toán phức tạp nhiều khâu thành bài toán chuyển động của một khâu

thay thế. Tính toán va chạm của các khâu trong máy tự động theo va

4
chạm thẳng, va chạm nghiêng, va chạm nhiều khâu có sử dụng hệ số
hồi phục để đơn giản quá trình tính toán. Mô hình chuyển động của
hệ súng-giá khi bắn chỉ kể tới chuyển động tịnh tiến dọc trục nòng
của các cơ cấu máy tự động khi bắn trên giá đàn hồi.
Mô hình của EA.Gorop [45],[46]: tác giả cho rằng súng chỉ
chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng (mặt phẳng bắn) và độ
cứng của giá rất lớn so với độ cứng của nền đất, tác dụng của nền lên
giá đợc thay thế bằng một lò xo, hộp súng và giá đợc khoá chặt tạo
thành một khâu cứng có khối lợng đặt tại trọng tâm. Mô hình này
chỉ có thể đợc sử dụng cho tính toán sơ bộ khi thiết kế.
Mô hình của Kirilop và các tác giả trờng cao đẳng kỹ thuật
quân sự Penza [47]: các tác giả của trờng cao đẳng kỹ thuật quân sự
Penza đã sử dụng các giả thiết: Mô hình động lực học của hệ vũ khí-
giá-xạ thủ đợc xem nh ở dạng sơ đồ lý tởng; Phản xạ có ý thức
của xạ thủ trong thời gian bắn loạt ngắn không phát sinh và không kể
đến trong tính toán; Tác dụng của xạ thủ trong thời gian bắn loạt ngắn
lên vũ khí đợc thay thế trong tính toán bằng tác dụng của lò xo với
các đặc tính không thay đổi và đợc xác định hoàn toàn. Phần này các
tác giả mới trình bày mô hình tính toán mà cha có lời giải cụ thể,
cha đa ra phơng trình tính toán.
1.2.2. Trong nớc
Tiến sĩ Nguyễn Thành Long [22] đã đa ra hai mô hình tính toán
bằng phơng pháp phần tử hữu hạn: Khảo sát ứng suất và biến dạng
xuất hiện khi giá súng có liên kết khớp với nền; Khảo sát dao động
của hệ khi giá súng có liên kết đàn hồi và cản nhớt với nền.
1.2.3. Nhận xét
Qua việc phân tích các công trình nghiên cứu đã đợc công bố về

dao động của súng đại liên khi bắn có thể thấy một số vấn đề sau: các

5
mô hình tính toán chỉ phù hợp với loại trang bị và khả năng giải quyết
bài toán tơng ứng với phơng tiện tính toán cùng thời; Các mô hình
đều áp dụng cho các loại đại liên thế hệ 1; Cha kể tới hoạt động của
máy tự động đồng thời với dao động của toàn hệ thống do đó cha tìm ra
ảnh hởng qua lại của dao động và sự làm việc của máy tự động; Chỉ
mới kể tới tác động của xạ thủ lên hệ nh một phần tử đàn hồi thụ
động hoặc một tải trọng không đổi; Cha trả lời đợc câu hỏi: Mức độ
ảnh hởng của biến dạng giá súng trong bài toán ổn định tĩnh; khi
tính ổn định động, trờng hợp nào cần kể đến biến dạng của giá súng,
trờng hợp nào không cần kể đến? Cha chỉ ra đợc những yếu tố nào
có ảnh hởng lớn tới sự ổn định của hệ khi làm việc và từ đó định
hớng cho quá trình thiết kế, cải tiến và khai thác trang bị trong điều
kiện hiện nay.
1.3. Kết luận chơng 1
Ngày nay, phơng tiện tính toán và thực nghiệm đã phát triển vợt
bậc mở ra khả năng thiết lập các mô hình tính toán tơng đối sát với
thực tế. Để thực sự làm chủ đợc sức mạnh quân sự của mình thì bên
cạnh việc đầu t mua sắm trang bị hiện đại, chúng ta phải từng bớc
học hỏi và hoàn thiện khả năng nghiên cứu, thiết kế ra các trang bị có
tính năng tốt để góp phần nâng cao khả năng tự chủ cũng nh có thể
khai thác tốt các trang bị nhập của nớc ngoài cho phù hợp với điều
kiện và con ngời Việt nam. Để nhằm mục đích đó tôi chọn đề tài:
Khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của
đại liên khi bắn.
Nội dung chính cần làm: Khảo sát ổn định cho mô hình đại liên
theo nguyên lý ổn định tĩnh và động; Thực nghiệm xác định các
thông số đầu vào và các thông số động lực học của hệ; khảo sát ảnh

hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của hệ khi bắn.

6
Chơng 2
bi toán Khảo sát ổn định của đại liên
Theo nguyên lý ổn định tĩnh
2.1 Đặt vấn đề
Với đại liên thế hệ 1, do trọng lợng và kích thớc lớn, liên kết với
nền chắc chắn thông qua lỡi cày ngang nên biến dạng của các chi tiết
giá súng dới tác dụng của các lực khi bắn là đáng kể. Khi quan tâm tới
ứng suất và biến dạng của hệ kết cấu tơng đối phức tạp thì một trong
những phơng pháp hay đợc sử dụng là dùng các phần mềm ứng dụng
trên cơ sở phơng pháp phần tử hữu hạn bởi nó cho phép nhanh chóng
nhận đợc các đặc trng ứng suất, biến dạng, chuyển vị của bất kỳ điểm
nào trong hệ kết cấu.
2.2. Giới thiệu về phần mềm SAP2000
Phơng pháp PTHH đã tận dụng đợc các u điểm của phơng
pháp xấp xỉ hàm và phơng pháp sai phân hữu hạn. Có nhiều phần
mềm đợc viết trên cơ sở phơng pháp PTHH nh SAMCEF,
SAP2000, STAD PRO, STRUDCAD ở đây tôi sử dụng phần mềm
SAP2000. Phần mềm SAP2000 thích hợp cho các mô hình tính động
lực học xác định, tờng minh và có liên kết ổn định, liên tục:
- Có cấu trúc hệ xác định, khối lợng các phần tử xác định;
- Các thông số đặc trng của kết cấu xác định;
- Liên kết là ổn định và liên tục, quy luật ngoại lực tờng minh,
xác định trớc.
2.3. Xây dựng mô hình tính toán
2.3.1. Đặt bài toán
Qua xem xét các mẫu đại liên thế hệ 1 có thể khẳng định rằng mô
hình của chúng khá phù hợp khi sử dụng phần mềm SAP2000 để khảo

sát bài toán dao động khi bắn.

7
2.3.2. Các giả thiết và mô hình tính toán
Để xây dựng mô hình tính toán cho súng đại liên, sử dụng một số
giả thiết: Coi hệ gồm các thanh có hình dạng hình học đơn giản; Liên
kết giữa các thanh là liên kết cứng; Coi đất là môi trờng đàn hồi đợc
định lợng bằng các hệ số đàn hồi K; Coi vai xạ thủ là môi trờng đàn
hồi đợc định lợng bằng các hệ số độ cứng K
v
.
Mô hình tính toán:







Hình 2.1 Mô hình tính toán dao động cho đại liên thế hệ 1.
2.3.3. Các lực tác dụng lên hệ khi bắn
Khi bắn, các ngoại lực v xung lực biến đổi theo thời gian tác
động lên giá súng làm cho giá súng dao động trong không gian với
biên độ thay đổi. Các ngoại lực bao gồm: các lực, xung do áp lực khí
thuốc và máy tự động sinh ra, trọng lợng bản thân của súng, lực tác
động của xạ thủ khi bắn và lực tác dụng của nền đất.
Lực của phát bắn tác dụng lên súng đợc thay thế bằng biểu đồ
xung lực. Biểu đồ xung lực của súng là tập hợp các xung và lực tác
dụng lên hộp súng dọc theo trục nòng khi bắn và khi máy tự động làm
việc. Biểu đồ xung lực đợc xác định sau khi giải bài toán động lực

học máy tự động (Hình 2.3).
Trọng lợng bản thân vũ khí đợc phân bố đều theo thể tích các
chi tiết, nó có tác dụng làm tăng độ ổn định của vũ khí.

8






Hình 2.3 Biểu đồ xung lực đại liên PKMS khi bắn
Khi bắn loạt có thời gian nhỏ hơn 0,25 giây thì xạ thủ cha kịp
phản ứng điều chỉnh góc lệch [10], [42]. Khi đó lực tác dụng của xạ
thủ là lực đàn hồi và cản nhớt của cơ bắp sinh ra do súng bị dịch
chuyển khỏi vị trí ban đầu.
Khi bắn, các chân súng đặt trên nền đất sẽ có dịch chuyển và quay
theo các phơng. Một trong những mô hình tơng đối phù hợp với
thực tế là coi tác dụng của nền đất nh một hệ đàn nhớt, tức là tơng
đơng với một phần tử đàn hồi có độ cứng K và một giảm chấn có hệ
số cản nhớt B.
2.4. Khảo sát độ ổn định của đại liên khi bắn bằng phần mềm
SAP2000
2.4.1. Khảo sát với mẫu đại liên CGM đại diện cho thế hệ đại
liên đợc thiết kế trên quan điểm ổn định tĩnh.


Hình 2.5 Mô hình đại liên CGM Hình 2.10 Mô hình đại liên PKMS
0
64

70
80
103
149
155
75
9,28
12,76
10,6
6,536
J
1
J
2
J
3
J
4
J
5
J
6
J
7
t.10
3


9
Đại liên thế hệ 1 (CGM) lấy liên kết chân giá với nền đặt bắn làm

mối liên kết cơ bản tạo ổn định cho hệ. Phần mềm SAP2000 cho phép
xây dựng mô hình, lựa chọn phơng pháp giải và xuất kết quả dịch
chuyển, ứng suất, biến dạng trực tiếp thông qua giao diện.

Hình 2.6: Đồ thị dịch chuyển, vận tốc của một số điểm theo phơng Z

Hình 2.7: Đồ thị dịch chuyển, vận tốc của một số điểm theo phơng Y
Góc nẩy của súng:
18
()
z
zz
arctg
l


=
;
18
()
y
yy
arctg
l


=
.
Véc tơ góc bay ra:
()

z
z
o
v
arctg
v

=
;
6()
y
y
o
v
arctg
v

=
. (2.19)
Góc nẩy tơng đối:
32
36
32 36
()
z
z
z
arctg
l

=
. (2.20)
Sau khi đa các thông số của từng phát bắn vào mô hình tính toán
ta xuất ra các dữ liệu đợc mô tả trong bảng 2.5.
Khi hiệu chỉnh súng ta sử dụng phơng pháp bắn phát một tơng
ứng với phát đầu tiên trong loạt bắn, để thấy rõ dao động của hệ ta
chuyển về kết quả sai lệch của các phát bắn trong loạt so với phát đầu
tiên. Số liệu tính toán thể hiện trong bảng 2.6.

10
Giá trị
Ph bắn
Giá trị
Ph bắn
Bảng 2.5: Góc nẩy và vận tốc góc đại liên CGM (10 viên).

Phát 1

Phát 2

Phát 3

Phát 4

Phát 5

Phát 10
Góc
z

-0.0064 0.0299 0.0178 0.0013 0.0153 0.0127
Góc
32z


-0.0054 0.0371 0.0185 0.0096 0.0216 0.0169
Góc
z


0.0344 0.0226 0.0224 0.0248 0.0248 0.0239
Góc
y


0.0000 -0.0001 -0.0006 -0.0013 -0.0013 -0.0010
Góc
y


-0.0002 -0.0003 -0.0003 -0.0003 -0.0003 -0.0003
Bảng 2.6: Góc nẩy và vận tốc góc đại liên CGM quy đổi.


Phát 1

Phát 2

Phát 3


Phát 4

Phát 5


Phát 10
Góc
z


-0.0064 0.0363 0.0242 0.0077 0.0217 0.0191
Góc
32z


-0.0054 0.0425 0.0239 0.0150 0.0270 0.0223
Góc
z


0.0344 -0.0118 -0.0120 -0.0096 -0.0096 -0.0105
Góc
y


0.0000 -0.0001 -0.0006 -0.0013 -0.0013 -0.0010

Góc
y


-0.0002 -0.0001 -0.0001 -0.0001 -0.0001 -0.0001
Để định hớng cho quá trình thiết kế và cải tiến giá súng cần xác
định quy luật và mức độ ảnh hởng của các thông số cơ bản tới sự ổn
định của hệ khi bắn thông qua việc thay đổi các tham số của mô hình.
Một số tham số cơ bản cần khảo sát: độ cứng nền tại điểm tỳ lỡi cày
sau; độ cứng giá súng; chiều dài càng giá súng; độ cứng giảm giật;
khối lợng giá súng; chiều cao đờng lửa Việc khảo sát các tham
số này đã cho phép rút ra các kết luận, định hớng cho quá trình cải
tiến, thiết kế giá súng theo nguyên lý ổn định tĩnh.
Phần mềm SAP2000 cũng cho phép xuất ra nhanh chóng quy luật
ứng suất của lực dọc, lực cắt, mô men xoắn và uốn trên toàn bộ kết
cấu hoặc của bất kỳ phần tử nào, bất kỳ điểm nào trên kết cấu nên rất
thuận tiện cho bài toán nghiệm bền các chi tiết.

11
2.4.2. Khảo sát mẫu đại liên PKMS
Sử dụng phần mềm SAP2000 để khảo sát mô hình của đại liên
thiết kế theo nguyên lý ổn định động gặp một số trở ngại. Tuy vậy có
thể tận dụng các u điểm của SAP2000 để tính toán trong một số
trờng hợp: Liên kết nền với 3 chân là ngàm - kết quả dùng để
nghiệm bền cho giá; Chân trớc bị nhấc lên (mất liên kết với nền) -
phục vụ cho việc xây dựng mô hình tính toán trong chơng 3.
2.5. ứng dụng phần mềm SAP2000 cho bài toán thiết kế ban
đầu giá súng
Trình tự các bớc khi thiết kế sơ bộ giá súng:
- Xác định các kích thớc sơ bộ của kết cấu theo yêu cầu;

- Xác định sơ bộ các liên kết và các điều kiện đầu của bài toán;
- Dựng mô hình bằng SAP2000 và thực hiện giải bài toán;
- Xác định phân bố ứng suất tổng thể của hệ theo các phơng;
- Xác định ứng suất theo các phơng và các vị trí đặc biệt;
- Lựa chọn hình dạng mặt cắt phù hợp;
- Xác định các giải pháp hợp lý tăng cứng cho kết cấu;
- Thay đổi thứ tự các thông số cơ bản để lựa chọn bộ thông số hợp
lý theo chỉ tiêu tản mát của đạn;
- Tiến hành chế tạo và thử nghiệm và hiệu chỉnh mẫu.
2.6. Kết luận chơng 2
Sau khi tiến hành khảo sát cho mẫu đại liên theo nguyên lý ổn
định tĩnh rút ra một số nhận xét và kết luận:
- Bên cạnh các yếu tố đã đợc khảo sát trong các mô hình trớc
đây thì biến dạng và tần số dao động riêng là những yếu tố có ảnh
hởng lớn tới sự ổn định của hệ khi bắn.
- Mặc dù khối lợng và kích thớc giá súng là những yếu tố chính
cản trở sự cơ động của đại liên nhng khó có khả năng giảm nhiều khi

12
hệ đợc thiết kế theo quan điểm ổn định tĩnh. Muốn giảm các thông số
này trong thiết kế phải sử dụng mô hình theo nguyên lý ổn định động.
- Mô hình tính toán có thể áp dụng tốt cho các loại vũ khí lắp trên
phơng tiện cơ động có độ cứng hệ thống nhỏ để tăng độ chính xác và
giảm thời gian tính toán.
Qua quá trình khảo sát dao động của đại liên thế hệ 2 bằng phần
mềm SAP2000 rút ra kết luận:
- Có thể sử dụng cho bài toán nghiệm bền kết cấu trong những
trạng thái đặc biệt (Khi cả ba chân liên kết với nền).
- Khi chân trớc mất liên kết với nền đặt bắn (là trạng thái chủ yếu
khi bắn) thì ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các chi tiết giá

súng là nhỏ, điều này cho phép giả thiết giá súng là cứng khi thiết lập
mô hình tính toán trong chơng 3.

Chơng 3
khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ
bản tới sự ổn định của đại liên theo nguyên lý
ổn định động
3.1. Đặt vấn đề
Qua kết quả khảo sát trong chơng 2 thấy rằng: với đại liên thế hệ
2 khi bắn, do chân trớc thờng xuyên bị nhấc lên nên ứng suất và
biến dạng xuất hiện trong các phần tử thuộc hệ là khá nhỏ cho phép
sử dụng giả thiết hệ súng- giá là cứng khi thiết lập mô hình tính toán.
Việc sử dụng bài toán động lực học cơ hệ nhiều vật để thiết lập mô
hình và khảo sát cho nhóm đại liên thế hệ 2 cho chúng ta cái nhìn
tổng quát hơn về độ ổn định của toàn cơ hệ trong mối tơng quan
giữa dịch chuyển, tải trọng ngoài và liên kết biên. Mặt khác lần đầu
tiên bài toán ổn định của hệ đại liên khi bắn đợc gắn với bài toán

13
chuyển động của máy tự động và bài toán thuật phóng trong.
3.2. Cơ sở lý thuyết động lực học cơ hệ
Theo tài liệu [12], [20], [38], véc tơ xác định vị trí của điểm thuộc
vật rắn:
1
0
. .
A
AA
rRAU=+
(3.1)

Ma trận chuyển theo góc quay Briant.
1
0
10 0
0
0
A
Cos Sin
Sin Cos






=



0
010
0
Cos Sin
Sin Cos

0
0
001
Cos Sin
Sin Cos














;
10
10
01
i
ii
i

G










Động năng của vật rắn, lực suy rộng:
1
. .
2
ii
i
iiTiiiTiT
RR R
rr
ii
i
R
mm
R
TqMqR
mm

==








&
&
&
&&
&
(3.3)

i
1
F .
P
i
n
T
j
i

j
r
Q
q
=

=


(3.6)
Phơng trình Lagrăng đối với cơ hệ :

j
jj
dT T
Q
dt q q



=




&
(3.7)
3.3. Thiết lập mô hình tính toán
3.3.1. Các giả thiết cơ bản
- Khi bắn, các cơ cấu của súng đợc coi là vật rắn tuyệt đối (khi ba

chân bị nén xuống nền thì nên sử dụng mô hình 2.4.2 phần a);
- Khối lợng phân bố của hệ đợc thay thế bằng khối lợng tập
trung và mô men quán tính đặt tại khối tâm các vật thuộc hệ;
- Tác dụng của nền đặt bắn lên giá súng theo phơng đứng đợc
mô hình hóa bởi lò xo và bộ cản giảm chấn. Lực tác dụng theo
phơng dọc và phơng ngang là lực ma sát trợt;
- Tác dụng của xạ thủ lên hệ đợc mô hình hoá là hệ đàn nhớt theo
3 phơng tịnh tiến và khối lợng tập trung thay thế M
v
;
- Các khâu làm việc nh các chất điểm có khối lợng đặt tại điểm tiếp
xúc, chuyển động tơng đối với vật 2 là các chuyển động song phẳng.

14
3.3.2. Mô hình hệ vật










Hình 3.1 Mô hình cơ hệ
3.3.3. Chọn hệ trục tọa độ
Để khảo sát động lực học cơ hệ ta gắn cho hệ và mỗi vật thuộc hệ
một hệ trục tọa độ Đề các: Hệ toạ độ cố định (hệ toạ độ đất)
0

O ; Hệ
tọa độ động (hệ tọa độ địa phơng)
1
O gắn chặt với vật 1; Hệ toạ độ
động
2
O gắn chặt với vật 2; Hệ toạ độ động
3
O gắn chặt với vật 3; Hệ
tọa độ động
4
O gắn chặt với vật 4; Hệ tọa độ động
5
O
gắn chặt với vật
5; Hệ toạ độ động
i
O
có gốc trùng trọng tâm ban đầu của vật i.
3.3.4. Chọn hệ các tọa độ suy rộng độc lập
Các toạ độ suy rộng độc lập:
1
q - Chuyển động tịnh tiến dọc trục
0
x
O của vật 1;
2
q
- Chuyển động tịnh tiến dọc trục
0 y

O của vật 1;
3
q
-
Chuyển động tịnh tiến dọc trục
0z
O
của vật 1;
4
q - Chuyển động quay
quanh trục
1
x
O của vật 2;
5
q - Chuyển động quay quanh trục
1y
O của
vật 2;
6
q - Chuyển động quay quanh trục
1z
O của vật 2;
7
q - Chuyển
động tịnh tiến theo trục
2
x
O
của vật 3;

8
q - Chuyển động quay quanh
trục
2 y
O của vật 4;
9
q - Chuyển động quay quanh trục
4 z
O của vật 5;
i
q -
Chuyển động tịnh tiến theo trục
ix
O của vật i .

15
(3.12)
(3.52)
3.3.5. Các ngoại lực tác dụng lên cơ hệ
Lực của áp suất khí thuốc trong nòng và trong buồng khí: Xác
định lực của khí thuốc tác dụng trong nòng cần giải hệ phơng trình
thuật phóng trong (3.8), nhiệt động buồng khí (3.12) (theo [10], [27],
[42]). Hai hệ phơng trình này đợc giải đồng thời.

() ()
13 13 2
23
.dl dz
; . ; ;
.dt dt

d
.12 1 ;
k
c
bb d
k
dv P S P
v
dt m I
P
z
GG
dt I




===
=+


()
23
1
12 ;
k
dw P


.zsv

dt I


=++


()
()
}
2 3
3
pt
1. 1
12
1 .
k
bb d
dP P
fKP z KPSV
dt w I
KG GKP








=+

+




()
()
()
bb
ib bk i b
b
bbbb
b
d dw
GG ; X.S ;
dt dt
dP 1
k.R.T.G k.R.T k.P .w .
dt w
i
= =
=
&

Các lực khác bao gồm: Lực xiết đai đạn; Lực cản băng đạn; Lực
rút vỏ đạn; Tác dụng của nền đặt bắn; Tác dụng của xạ thủ; Vận tốc
các khâu sau va chạm (đợc xác định theo [10], [27], [42] và các kết
quả thử nghiệm trong chơng 4).
3.4. Động năng cơ hệ, công khả dĩ và lực suy rộng
Việc xác định động năng cơ hệ, công khả dĩ và lực suy đợc thực
hiện bằng việc vận dụng các công thức (3.1), (3.3), (3.6) với sự trợ
giúp của phần mềm Maple cho các vật và các ngoại lực.

12345cohe i
TTTTTTT

=+++++
. (3.29)

3lg
245
.
Cohe b
td ph
WWPWVWFWPWPWCWA
WB WF WF WM WM WM



=++ + +++
++ + + + +

(3.8)

16
3.5. Giải bài toán động lực học cơ hệ
3.5.1. Hệ phơng trình
Từ phơng trình (3.7) áp dụng cho mô hình trình bày ở trên ta xác
định đợc hệ phơng trình vi phân dao động của hệ với 11 phơng
trình vi phân bậc 2. Tuy nhiên, 2 khâu làm việc (vật i) có quan hệ
truyền động với khâu cơ sở (vật 3) thông qua các liên kết cam. Sử
dụng các phơng trình quan hệ (theo [8], [10], [42]) thay vào hệ
phơng trình vi phân dao động của hệ và biến đổi ta nhận đợc hệ 9
phơng trình vi phân bậc 2 độc lập. Việc giải đồng thời hệ phơng
trình vừa nhận đợc với 2 hệ phơng trình vi phân bậc nhất thuật
phóng trong (3.8) và nhiệt động buồng khí (3.12) sẽ cho ta quy luật
chuyển động của hệ khi bắn.
3.5.2. Giải hệ phơng trình














Hình 3.7 Sơ đồ khối mở rộng tính toán MTĐ kiểu trích khí

2 3 4 5,6
7

8
10
9

1
11
Tích phân hệ phơng trình vi phân cho 1 bớc

Cấu trúc hệ phơng trình vi phân
P,W, P,P
b


G X,V

X,P
Pt TP
T
(3.10)
Pt Buồn
g
khí
(3.12)

Pt MTĐ
Pt Dao Động

17
3.5.3. Kết quả tính toán:
th ỏp sut
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
0.06308 0.06408 0.06508 0.06608 0.06708 0.06808
p sut trong nũng p sut bung khớ
Chuyn ng b khúa nũng
-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
-80
-60

-40
-20
0
20
40
60
80
Dch chuyn b khúa Vn tc b khúa

Hình 3.8 Đồ thị áp suất thuật phóng Hình 3.10 Đồ thị chuyển động của khâu cơ sở
3.5.4. Nhận xét và kết luận
Các thông số thuật phóng trong và chuyển động của máy tự động
tơng đối chính xác so với các số liệu cho trong tài liệu (< 2%).
Mối liên hệ giữa các thông số động lực học khá chặt chẽ: Chiều dài
lùi điểm tỳ vai, góc nẩy giá súng, góc nẩy thân súng Chỉ ra khả năng
giảm nẩy thân súng thông qua việc mở khóa tầm - hớng khi bắn.
Kết quả tính toán tơng đối phù hợp với kết quả đo động lực học
của hệ khi bắn (trình bày trong chơng 4). Điều đó cho phép kết luận
phơng pháp xây dựng mô hình và giải bài toán là phù hợp.
3.6. Khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn
định của đại liên khi bắn
Các thông số cơ bản cần khảo sát chia thành 3 nhóm:
- Nhóm liên quan tới các thông số cơ bản của kết cấu;
- Nhóm liên quan tới tác động của ngời bắn;
- Nhóm liên quan tới liên kết nền.
Việc khảo sát cho phép rút ra các kết luận, định hớng cho quá
trình cải tiến, thiết kế giá súng.
3.7. Kết luận chơng 3
Các thông số của bài toán cổ điển: trọng lợng, kích thớc giá
vẫn có ảnh hởng đáng kể tới độ ổn định của hệ khi bắn. Khi thiết kế

đại liên thế hệ mới thờng lựa chọn giảm các thông số này tới mức nhỏ
nhất nhằm tăng khả năng cơ động của hệ trong hành quân và tác chiến.

18
Liên kết nền có ảnh hởng khá lớn tới độ ổn định góc tầm và hớng.
Độ cứng nền 2 chân sau không đều có ảnh hởng lớn tới góc nẩy
đứng và ngang của thân súng. Khối lợng thay thế điểm tỳ vai và góc
tầm ban đầu ít ảnh hởng tới ổn định của hệ nên khi thiết kế không
cần quan tâm nhiều. Tuy nhiên góc hớng ban đầu có ảnh hởng tới
góc nẩy ngang của thân súng, khi bắn không nên để góc này quá lớn.
Một đặc điểm nổi bật của thế hệ đại liên mới là rất coi trọng yếu tố
ngời sử dụng. Tác động của ngời bắn lên hệ sẽ là một yếu tố quan
trọng tạo ra sự cân bằng và duy trì sự ổn định cho súng khi bắn. Độ
cứng thay thế điểm tỳ vai tỷ lệ nghịch với chiều dài lùi điểm tỳ vai và
kéo theo làm giảm góc nẩy đứng của thân súng. Đây chính là sự khác
nhau của mô hình đại liên thế hệ 1 và 2 vì trong mô hình đại liên thế
hệ 2, nguyên nhân gây nẩy của thân súng trong mặt phẳng đứng lúc
này lại chủ yếu do góc nâng của giá tạo ra.
Sau khi khảo sát ảnh hởng độc lập của các thông số ta nhận thấy
có nhiều thông số có ảnh hởng hai chiều tới độ ổn định của hệ. Để
lựa chọn đợc bộ thông số hợp lý cần phải giải bài toán tối u đa chỉ
tiêu.

Chơng 4
thực nghiệm xác định các thông số đầu vo v
các thông số động lực học của hệ khi bắn
4.1 Mục đích thực nghiệm
Nội dung thực nghiệm bao gồn 2 phần:
- Đo đạc xác định các thông số đầu vào của bài toán lý thuyết:
Thông số vai, thông số nền đặt bắn, thông số kết cấu

- Xác định các thông số động lực học chính của hệ khi bắn trên
nền đã lựa chọn làm cơ sở đánh giá mức độ chính xác, hợp lý của mô

19
hình tính toán lý thuyết.
4.2 Xác định các thông số ban đầu
4.2.1 Xác định các thông số liên kết vai
Súng đại liên PKMS bắn ở t thế xạ thủ quỳ bắn mở khóa tầm,
hớng và buồng khí xả một lỗ trên giá 3 chân đặt trên nền đất sét pha
cát chặt vừa. Đo cho cả bắn phát 1 và bắn loạt ngắn 3 viên.
Thực nghiệm tiến hành trong hầm với điều kiện: Nhiệt độ 20
o
C;
Độ ẩm 75%; Không bị ảnh hởng bởi các yếu tố tác động khác.
Thiết bị đo : Thiết bị DEWETRON
3000 do Cộng hoà áo sản xuất phục vụ
để nhận, chuyển đổi các tín hiệu tơng
tự về tín hiệu số và xử lý dữ liệu bằng
phần mềm DasyLab; Cảm biến H7 (Đầu
đo dịch chuyển); Đầu đo lực PCV-1K
(loại 1000KG).
Mô hình kết cấu thí nghiệm và bố trí các vị trí đo trên súng.

Hình 4.2 Phơng pháp lắp đặt thiết bị đo lực tỳ vai
Tiến hành thí nghiệm 6 lần (04 lần bắn 1 viên, 02 lần bắn 3 viên).
Từ kết quả đo dịch chuyển và lực tỳ vai có thể tính toán giá trị các
thông số thay thế của mối liên kết giữa súng với xạ thủ thông qua việc
giải gần đúng mối liên hệ theo công thức:

.

vv v v
M
XBXKX F++ =
gg g
(4.3)
Hình 4.1 Hình dáng thiết bị
DEWETRON 3000
I
I
V

V
II
III

20
Kết quả nhận đợc các giá trị trung bình của liên kết vai:
- Khối lợng thay thế của xạ thủ
=
v
M 0.1
ữ
0.2 KGs
2
/dm;
- Hệ số cản nhớt thay thế của xạ thủ
=
v
B 10
ữ

20 Kgs/dm;
- Hệ số độ cứng thay thế của xạ thủ
=
v
K 16
ữ
160 Kg/dm.
4.2.2 Xác định các thông số liên kết nền
Phơng pháp đo tiến hành dựa vào giả thiết [3], [34]: ứng suất và
biến dạng của nền đất tuân theo hai giai đoạn là biến dạng đàn hồi và
khi ứng suất vợt quá giá trị giới hạn đàn hồi thì xảy ra trợt (cắt).
Các kết quả đo đợc nằm trong vùng giá trị tính toán theo các
công thức lý thuyết tuy nhiên khó có thể so sánh chính xác vì loại đất
thí nghiệm chỉ xác định gần đúng theo phân loại trong tài liệu.
4.2.3 Xác định các thông số mô men quán tính
Phơng pháp thực nghiệm đo đạc xác định gần đúng vị trí trọng
tâm và mô men quán tính theo nguyên lý con lắc cơ học. Đây là
phơng pháp cho giá trị tơng đối chính xác và nhanh đặc biệt là với các
vật có hình dạng phức tạp.
Bảng 4.3: Mô men quán tính trung bình của các vật:

J
x
[KGdms
2
] J
y
[KGdms
2
] J

z
[KGdms
2
]
Vật 1 0.227 0.246 0.257
Vật 2 0.01 0.270 0.262
Vật 3 0.00014 0.009 0.008
Vật 4 0.004 0.0052 0.0043
4.3. Xác định các thông số động lực học của hệ khi bắn
4.3.1. Mục đích, phơng pháp thực nghiệm và đối tợng đo:
Xác định các thông số động lực học cơ bản của đại liên PKMS
quỳ bắn trên giá 3 chân đặt trên nền đất sét pha cát chặt vừa làm cơ sở
đánh giá mức độ hợp lý của mô hình tính toán lý thuyết. Súng bắn ở
trạng thái bắn tiêu chuẩn. Hình thức thử nghiệm là đo cho cả bắn phát
1 và bắn loạt ngắn 2 viên, 3 viên.

21
4.3.2. Kỹ thuật thực nghiệm:
Điều kiện môi trờng: Nhiệt độ môi trờng 20
o
C; Độ ẩm 75%;
Không bị ảnh hởng bởi các yếu tố tác động khác.
Phơng tiện đo: Thiết bị DEWETRON 3000; Hai cảm biến H7
(Đầu đo dịch chuyển).
Mô hình kết cấu thí nghiệm và bố trí các vị trí đo trên súng.

Hình 4.7 Phơng pháp lắp đặt thiết bị đo động lực học
4.3.3. Quy trình tiến hành thực nghiệm
Thí nghiệm đợc tiến hành theo quy trình hớng dẫn trong các tài
liệu thử nghiệm vũ khí.

4.3.4. Xử lý số liệu và kết quả đo
Góc quay của súng tính theo công thức:
)(
l
zz
arctg
bn
z

=

;
)(
l
yy
arctg
bn
y

=

.
4.4. Khảo sát ảnh hởng vị trí điểm tỳ vai đến sự ổn định của
hệ khi bắn

Hình 4.11 Kết cấu báng súng khi thay đổi điểm tỳ vai
I
V
%
I

II
III

22
Kết quả thử nghiệm nhận đợc phù hợp với các kết quả khảo sát
trong mục 3.6.
4.5. Nhận xét kết quả thực nghiệm và so sánh với tính toán lý
thuyết
Góc nẩy thân súng cuối mỗi loạt sai khác nhau và sai khác với kết
quả tính toán lý thuyết không nhiều (từ 2% đến 10%). Kết quả thực
nghiệm phản ánh đúng các quy luật ảnh hởng của các thông số tới
dao động của hệ nh đã khảo sát ở chơng 3. Sai lệch góc nẩy thân
súng trung bình là 5,26% và không quá 10,0% giữa tính toán lý
thuyết với từng kết quả đo cụ thể là chấp nhận đợc.
4.6. Một số nguyên nhân gây ra sai số
Các sai số khi tính toán lý thuyết: Do đa vào một số giả thiết về
liên kết biên; Trong quá trình tính toán vẫn phải dùng một số giả
thiết, công thức gần đúng; Sai số do sử dụng phơng pháp số.
Các sai số thực nghiệm: Súng không phải là mới ; Giá súng cũng
không phải là mới; Độ không ổn định của ngời bắn; Thông số nền
của các phát bắn thực tế vẫn phát sinh các sai số ngẫu nhiên; Sai số do
thiết bị đo, đầu đo và điều kiện đo.
4.7. Kết luận chơng 4
Chơng này tập trung trình bày phơng pháp và kết quả thực
nghiệm trên hệ súng giá đại liên PKMS. Một số kết quả đạt đợc: Kết
quả xác định các thông số đầu vào là khá phù hợp; Phơng pháp xác
định các thông số động lực học là hợp lý, kết quả đo đợc đã phản
ánh quy luật biến thiên của các thông số dao động của hệ phù hợp với
các kết quả tính toán lý thuyết; Có thể áp dụng nhiều phơng pháp đo
và dùng các thiết bị đo tơng đơng để xác định dịch chuyển. Tuy

nhiên việc dùng đầu đo và thiết bị đo của các hãng nổi tiếng nớc
ngoài cho kết quả chính xác hơn do đó các kết quả thu đợc qua thực