Phòng thí nghiệm ảo về khí cụ bay tự động

BỘ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ
CHƯƠNG TRÌNH NHÀ NƯỚC VỀ

_

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN
CONG NGHE THONG TIN VA TRUYEN THONG

BAO CAO TONG KET KHKT DE TAI KC — 01.07.

NGHIEN CUU PHAT TRIEN VA UNG DUNG
CONG NGHE MQ PHONG TRONG KTXH VA ANQP
(QUYEN 6)

Cơ quan chủ trì Đề tài: | HOC VIEN KY THUAT QUAN SU
Chủ nhiệm Đề tài:

e

PGS.TS NGUYEN ĐỨC LUYỆN

- Học viện KTQS

Phó CN, Thư kứ khoa học:

e

PGS. TSKH NGUYEN CONG BINH

- Học viện KTQS

HÀ NỘI - 2003

56%. 6 40/4 ¡0œ


BỘ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ

CHƯƠNG TRÌNH NHÀ NƯỚC VỀ.
NGHIÊN CỨU KHOA HOC VA PHAT TRIEN

CONG NGHE THONG TIN VA TRUYEN THONG

BAO CAO TONG KET KHKT DE TAI KC — 01.07.

NGHIEN CUU PHAT TRIEN VA UNG DUNG

CONG NGHE MO PHONG TRONG KTXH VA ANQP
(QUYEN 6)

Co quan chi tri Dé tai:

+= HOC VIEN KY THUAT QUAN SU

Chủ nhiệm Đề tài:

«

PGS.TS NGUYEN BUC LUYEN

- Học viện KTQS

Phó CN, Thư ký khoa học:

*

PGS. TSKH NGUYEN CONG ĐỊNH

- Học viện KTQS

Cơ quan quản lý Đề tài

HÀ NỘI - 2003


DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KC - 01.07.

Chủ nhiệm đề tài:

PGS.TS

NGUYEN DUC LUYEN

Pho CN, Thu ky khoa hoc:

PGS.TSKH NGUYEN CONG ĐỊNH

Các cán bộ thực hiện đề tài:
GS.TSKH

Nguyễn Đức Cương

- Viện Tên lửa, TT KHKT&€CNQS

TS Lam Van Diet

- Viện Tên lửa, TT KHKT&CNQS

TS Nguyễn Văn Chúc

- Phân viện trưởng, Viện tên lửa.

TS Phan Van Chay

- Chuyên viên Viện tên lửa.

TS Pham Vii Uy

- PVI, Viện tên lửa.

TS Mai Khánh

- PVI, Viện tên lửa.

TS Ngơ Trọng Mại

- Phịng MHH-MP, Viện tên lửa.

GS.TSKH

- Vién Co hac, TT KHTN&CNQG

ThS Lã Hải Dũng

Dương Ngọc Hải

- Khoa KT HK, Học viện PKKQ

GS.TSKH Nguyễn Văn Điệp

- Viện Cơ hoc, TT KHTN&CNQG

TS Dang Thé Ba

- Vién Co hoc, TT KHTN&CNQG

TS Ha Ngoc Hién

- Vién Co hoc, TT KHTN&CNQG

ThS Nguyễn Duy Thiện

- Viện Co hoc, TT KHTN&CNQG

KS Nguyễn Hồng Phan

- Viện Cơ học, TT KHTN&CNQG

KS Ha Cong Ti

- Vién Co hoc, TT KHTN&CNQG

CN Nguyễn Tất Thắng

- Viện Co hoc, TT KHTN&CNQG

GS.TSKH Ngô Văn Lược

- XNLD dầu khí Việt-Xơ

TS Trần Lê Đơng

- XNLD dầu khí Việt-Xơ

TS Bùi Đình Trí

TS Nguyễn Thế Đức

CN Ngun Thi Hing

- Viện Cơ học, TT KHTN&CNQG

- Viện Cơ học, TT KHTN&CNQG

- Viện Cơ học, TT KHTN&CNQG

TS Trương Công Tài `

- XNLD dâu khí Việt-Xơ

TS Phạm Quang Ngọc

- XNLD dau khí Việt-Xơ

TS Ngun Chu Chuyén

- XNLD dau khi Việt-Xô

KS Nguyén Minh Toan

- XNLD dầu khí Việt-Xơ


KS Nguyễn Văn Út

- XNLD dầu khí Việt-Xơ

TS Đàm Hữu Nghị

- Bộ môn Tên lửa, Học viện KTQS

TS Nguyễn Ngọc Quý

- Bộ môn Tên lửa, Học viện KTQS

ThS Nguyễn Văn Quảng

- Bộ mơn Tên lửa, HV KTQS

Th§ Hàn Vũ Hải

- Bộ môn Tên lửa, HV KTQS

ThS Doan Thế Tuấn

- Bộ môn Tên lửa, HV KTQS

KS Pham Xuan Phang
KS Pham Ngoc Van

- Bộ môn Tên lửa, HV KTQS

PGS. TS Dinh Ba Tru

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

PGS. TS Ngơ Văn Quyết

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

TS Định Văn Phong

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

ThS Nguyễn Trọng Bản

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

Th§ Trần Đức Cứu

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

ThS Vũ Hữu Nam

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

Th§ Nguyễn Văn Hồi

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

KS Nguyễn Việt Dũng

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

- Bộ môn Tên lửa, HV KTQS

KS Đỗ Xuân Ngôi

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

KS Nguyễn Trường An

- Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

PGS.TS

Bùi Văn Sáng

- Khoa VTĐT, Học viện KTQS

Mai Quốc Khánh

- Khoa VTĐT, Học viện KTQS

Th§ Phan Trọng Hanh

- Khoa VTĐT, Học viện KTQS

TS Nguyễn Thế Long

- Viện kỹ thuật QC PK —- KQ

PGS.TS

- Trung tam CNMP, HV KTQS

Th§

Nguyễn Hồng Nam

ThS Ngơ Thành Long

- Trung tam CNMP,

Th§ Nguyễn Thanh Hải

- Trung tam CNMP, HVKTQS

ThS Nguyễn Trung Kiên

- Trung tam CNMP, HVKTQS

Th§ Trần Đức Tồn

- Trung tam CNMP,

Th§

Cao Hữu Tình

- Trung tam CNMP, HVKTQS

KS Nguyễn Văn Trường

- Trung tam CNMP, HVKTQS

KS Nguyễn Đức Hải

- Trung tam CNMP, HVKTQS

KS Phan Tuấn Anh

- Trung tam CNMP, HVKTQS

_CN Chu Van Huyện

HVKTQS

HVKTQS

- Cơng ty Tin học Hài hồ

KS Ngun Son Duong

- Cộng tác viên TT CNMP

KS Bùi Tân Chinh

- Cộng tác viên TT CNMP


BỘ QUỐC PHỊNG
TRUNG TÂM KHOA HỌC KỸ THUẬT - CƠNG NGHỆ QUẦN SỰ

VIỆN TÊN LỬA
Phố Hồng Sảm, Nghĩa Đơ, Cầu Giấy, Hà nội

PHONG THI NGHIEM AO

VỀ KHÍ CỤ BAY TỰ ĐỘNG
TÀI LIỆU THUYẾT MINH

CỦA ĐỀ TÀI NHÁNH

THUỘC ĐỀ TÀI CẤP NHÀ NƯỚC KC-01-07

HÀ NỘI,12-2003


MUC LUC
Trang

Tom tat
Phần mở đầu

Cơ sở lí thuyết xốy rời rạc và thuật tốn mơ phỏng dịng khí
bao quanh khí cụ bay ở tốc độ M<0,5
2.1

Giới thiệu chung

2.2

Cơ sở lý thuyết giải bài tốn

2.3

Tổ chức chương trình tính tốn

2.4

Hướng dẫn sử dụng chương trình

2.5

Nhập đữ liệu vào

2.6

"Tính tốn

2.7

Một số kết quả tính tốn
Hệ phương trình và thuật tốn mơ phỏng chuyển động của khí
cụ bay tự động (KCBTĐ) trong khơng gian 3 chiều

3.1

Giới thiệu chung

3.2

Mơ hình động lực học bay của KCB như một đối tượng điều
khiển

3.2.1

Các giả thiết cơ bản

3.2.2

Bài toán chuyển động của KCBTĐ

như một đối tượng điều

khiển

Hệ phương trình chuyển động của vật rắn 6 bậc tự do
Các ngoại lực và mơmen tác dụng lên khí cụ bay trong khi bay
Mô phỏng chức năng của các khâu khác trong vòng điều khiển

wo

bay của KCBTĐ


G2
2

ta

Mơ phỏng

Mơ phỏng các cơ cấu chấp hành

87

Thuật tốn dân đường qn tính

88

Thuật tốn điều khiển bay của tên lửa hành trình đối hải

91

Q3
+

=
ua

be

80

Gà
Gà
+

Mơ phỏng các cảm biến qn tính

G3
Gà
ta

76

uo
G32
aN

Sơ đồ của vòng điều khiển bay của KCBTĐ

bộ toạ độ mục tiêu

Giới thiệu về bộ phần mềm mơ phỏng
106

Mơ hình tên lửa giả định như một đối tượng điều khiển

108

3.5.2

Mô phỏng ảnh hưởng của sóng và gió

111

3.5.3

Mơ phỏng sai số của các tjhiết bi đo

112

3.5.4

Thuật tốn xử lý các tín hiệu đo

113

3.5.5

Mơ phỏng cơ cấu chấp hành

115

3.5.6

Mơ phỏng cả vịng điều khiển bằng MATLAB-SIMULINK

115

3.5.7

Một số kết quả mô phỏng chuyển động

116

Phần mềm mô phỏng trạng thái ứng suất của kết cấu khí cụ bay

133

4.1

Lý thyết tính tốn chung

133

4.1.1.

Đặc trưng cấu trúc của thân vỏ khí cụ bay

133

G2
ws

Mơ phỏng chuyển động của một tên lửa cụ thể

Đặc trưng tính tốn độ bền cấu trúc tên lửa

4.1.3.

Những ngun tắc cơ bản của tính tốn

4.1.4.

Ngoại lực

4.1.5

Tải trọng khí động

4.1.6.

Phương trình chuyển động của KCB trên đoạn tích cực

4.1

Nội lực trong thân khí cụ bay

Thuật tốn và

phần mềm

mơ phỏng quá trình làm việc của

động cơ nhiên liệu rắn.
Sơ đồ kết cấu của ĐCNLR.

177

5.2

Hệ phương trình nhiệt động-động học cơ bản để tính DCNLR

178

5.3

Mơ phỏng quy luật cháy của nhiên liệu rắn

184

Kết luận và kiến nghị

197

wa

5.1


Tóm tắt
Tài liệu này trình bày các cơ sở lí thuyết, thuật tốn và thuyết mình sơ lược về các phản

mềm của phịng thí nghiệm áo về khí cụ bay tự động (tên lửa, máy bay không người lái.
bom đạn

“thông mình `...) phục vụ cho quá trình nghiên cứu. thiết kế, cai tiến và tiếp thu

công nghệ chế tạo các khí cụ bay tự động. Trong tài liệu cũng có trình bày một số ví dụ

minh hoa việc áp dụng các phần mêm của phịng thí nghiệm do nói trên.
Phịng thí nghiệm áo này cũng có thể phục vụ cho việc đào tạo đại học và sau đại học
các chuyên ngành có liên quan.

Trong khn khổ thời gian và kinh phí cho phép để tài nhánh này khơng thể tạo ra tất
cả các công cụ phần mêm cần thiết cho Phịng thí nghiệm do về khí cụ bay tự động, mà
chỉ giới hạn trong phạm vi các các nội dung chính cần và có thể làm trong điều kiện Việt

Nam hiện nay.

Tài liệu. này bao gôm phần mở đầu và những nội dung chính sau đây:
1-Cơ sở lí thuyết xốy rời rạc và thuật tốn mơ phỏng dịng khí bao khi cụ bay ở tốc độ
M<0.5 (bài tốn khí động lực học );
2-Hệ phương trình và thuật tốn mơ phỏng chuyển động của khí cụ bay tự động trong

khơng gian 3 chiêu (tính tốn quỹ đạo và trợ giúp thiết kế hệ thống điều khiển);

3-Tính tốn tải và trạng thái ứng suất của kết cấu khí cụ bay (trợ giúp thiết kế kết cấu);
4-Hệ phương trình và thuật tốn mơ phỏng quá trình làm việc của động cơ nhiên liệu rắn

(tro giúp thiết kế động cơ nhiên liệu rắn).
Các phần mém nói trên nhìn chung có thể ứng dụng cho các loại đối tượng khí cụ bay tự

động khác nhau, tuy nhiên riêng phần mô phỏng chuyển động đối tượng chủ yếu là tên
lừa hành trình đối hải.
Hướng dẫn sử dụng các phần mêm nói trên có tài liệu riêng.

1.PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay các khí cụ bay tự động (KCBTĐ)

như tên lửa. máy bay

không

người lái, bom đạn “thông minh”... được ứng dụng rộng rãi như một loại vũ khí

chủ yếu trong tác chiến hiện đại. Ngoài ra KCBTĐ cũng bắt đầu được ứng dụng
ngày càng phổ biến để phục vụ các ngành kinh tế xã hội và an ninh: máy bay
không người lái để quan sát môi trường,

chống buôn lậu. chống bạo loạn, chụp

anh dia hinh. ...
Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo. cải tiến, hiện đại hóa

cũng như

làm chủ

trong q trình tiếp thu cơng nghệ chế tạo các loại KCBTĐ có ý nghĩa rất quan
trọng cho sự nghiệp củng cố quốc phòng -an ninh và phát triển kinh tế -xã hội của
đất nước ta.

,

Để có thể hình dung cụ thể vai trò và cấu trúc của dé tài nhánh "Xây dựng phịng

thí nghiệm ảo về KCBTĐ"

đầu tiên cần trình bày tóm tắt về q trình thiết kế

KCBTĐ. Thiết kế một sản phẩm là quá trình căn cứ theo nhiệm vụ thiết kế để xây
dựng bộ tài liệu (thuyết minh, bản vẽ, sơ đồ, tiêu chuẩn kĩ thuật nghiệm thu...) đủ tỉ

mi để có thể. chế tạo được sản phẩm mới đó trong những điệu kiện nhất định cho
trước.

Đứng về mặt tốn học, thơng thường dây ïà bài tốn

có vơ số nghiệm và có

nhiều yếu tố khơng thể trừu tượng hóa để thành các thuật tốn được, ví dụ như các
yếu tố về cơng nghệ chế tạo, về tính thuận tiện trong sử dụng ... Hơn nữa, để sản
phẩm mới đó có thể tồn tại trên thị trường (hoặc đưa vào trang bị) , thơng thường
cần có nhiều giải pháp sáng tạo . Vì vậy khơng nên và khơng thể đặt ra mục tiêu tự
động hóa hồn tồn q trình thiết kế mà chỉ nên tạo ra nhiễu cơng cụ để trợ giúp
các nhà thiết kế,
Về mặt thông tin, quá trình thiết kế —

là một guá trình lặp nhiều lần mà sau

mỗi vịng lặp thơng tin về sản phẩm định chế tạo ngày càng phong phú , tỉ mỉ và

chính xác hơn. Đối với KCBTĐ vịng lặp này thường là : phối trí tổng thể --->tính


Độ bền kết cấu khí cụ

bay (KCB)

|}

Thiết kế kết cấu và phối

Thiết kế hệ
thống động

trí tổng thể khí cụ bay
AUTOCAD

lực

Khí động lực
học khí cụ
bay

Đặc trưng phân
bố khối lượng

-

Q trình cháy

Tích hợp hệ

trong động cơ

thống điều

nhiên liệu rắn

«&——————

_

khiển

Co hoc bay

và điều khin

>

khớ cbay | fâ

Phõn tớch hiu qu

Chỳ thớch

chin u

lô_]

L nhng phần có làm trong đề tài

HÌNH I1

SƠ ĐỒ Q TRÌNH THIẾT KẾ

tốn khí động lực học ---> thiết kế động cơ ->tính tốn quỹ đạo ---> thiết kế hệ

thống điều khiển --->đánh giá hiệu quả --> thiết kế kết cấu --> phối trí tổng thể -->
v.v..(xem

H.1.1).

Trước kia các kĩ sư thiết kế máy tự động thường thiết kế xong phần cơ khí rồi

mới chuyển cho các kĩ sư tự động hóa thiết kế phần điều khiển. Cách làm như vậy
chỉ cho phép đạt tối ưu cục bộ. Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của cơng nghệ
thơng tin đã hình thành ngành công nghệ cơ điện tử trên cơ sở gắn kết hữu cơ
các cơng nghệ nói trên để đạt được tính năng vượt trội cho các máy tự động- các

sản phẩm cơ điện tử.
Các kỹ sư chế tạo máy thường triển khai các công việc dựa trên phương pháp
thực nghiệm - chế tạo và thử nghiệm hơn là tiến hành mơ hình hố và phân tích
một cách có hệ thống. Phương pháp chế tạo và thử nghiệm nhiều lần, vừa tốn kém

vừa kéo dài, chắc chắn sẽ càng ngày càng giảm do nhu cầu thay đổi nhanh chóng
mẫu mã và chức năng sản phẩm của cơ chế thị trường và sự phát triển nhanh chóng
của kỹ thuật quân sự. Do vậy cần áp dụng rộng rãi các phương pháp mơ hình hố

và mơ phỏng biện đại để rút ngắn và giảm chỉ phí cho q trình thiết kế và chế tao
các sản phẩm cơ điện tử.
Một trong những công cụ hiện đại quan trọng bậc nhất trong quá trình thiết kế
chế tạo, cải tiến, hiện đại hoá các KCBTĐ là các mơ hình tốn học và các bộ phần

mềm tương ứng cho phép mó phỏng tỉ mỉ một cách tồn diện các q trình cơ học
của KCBTĐ trên máy tính có bộ nhớ lớn và tốc độ cao, khảo sát ảnh hưởng của các
điều kiện ứng dụng, các thông số kỹ thuật của từng hệ thống con (thân cánh, động
cơ, các thiết bị của hệ thống tự động v.v...) đến hệ thống lớn - cả KCBTĐ và qua
đó đánh giá được ảnh hưởng đến các tính năng chiến - kỹ thuật của KCBTĐ. Các
mơ hình trên máy tính này cho phép thử nghiệm nhiều lần trên máy tính trước khi
cho chế thử, cho phép rút ngắn rất nhiều quá trình thiết kế, chế thử, hồn thiện

KCBTD . Dé có thể hình dung một cách trực quan và thuận tiện trong sử dụng, để
tài còn xây dựng các phần mềm đồ họa 3D và các giao diện thân thiện.


Đó chính là mục đích cơ bản của Đề tài nhánh “Xây dựng Phịng

thí nghiệm

ảo về khí cụ bay tự động”. Ngồi ra một Phịng thi nghiệm ảo như vậy cịn có

thể sử dụng để phục vụ cho q trình giảng dạy lý thuyết và thực hành cho các học
viên đại học và sau đại học các chuyên ngành tương ứng.
Trong khn khổ thời gian và kinh phí cho phép đề tài nhánh này không thể tạo
ra tất cả các cơng cụ phần mềm cần thiết cho Phịng thí nghiệm ảo về khí cụ bay tự
động, mà chỉ giới hạn trong phạm vì các các nội dung chính cần và có thể làm
trong điều kiện Việt Nam hiện nay.

Theo đề cương đã đăng kí và phê duyêết để tài nhánh này bao gồm những nội
dung chính sau đây:
1-Xây dựng phần mềm mơ phỏng dịng khí bao khí cụ bay ở điểu kiện số

M<0.5

(bài tốn khí động lực học );

2-Xây dựng bộ phần mềm mơ phỏng chuyển động của khí cụ bay tự động trong
các hệ tọa độ không gian khác nhau (tính tốn quỹ đạo và trợ giúp thiết kế hệ

thống điều khiển);
3-Xây dựng bộ phần mềm mô phỏng trạng thái ứng suất của kết cấu khí cụ bay (trợ
giúp thiết kế kết cấu);
4-Xây dựng phần mềm mô phỏng quá trình làm việc của động cơ nhiên liệu rắn

(trợ giúp thiết kế động cơ nhiên liệu rắn).

;

Các phần mềm nói trên nhìn chung có thể ứng dụng cho các loại đối tượng KCB

TP khác nhau, tuy nhiên riêng phần mô phỏng chuyển động, đối tượng chủ yếu là
tên lửa hành trình đối hải.
Dưới đây xin trình bày sơ lược về

loại KCBTĐ điển hình nói trên được để cập

nhiều trong đề tài nhánh này.
Tên lửa hành trình (tiếng Anh:cruise missile, tiếng Nga:krưlataya raketa) -hay
cịn gọi là tên lửa có cánh- ra đời từ cuối Đại chiến thế giới thứ H. Đặc điểm cơ bản
của tên lửa loại này là có sử dụng lực nâng khí động lực học và lực đẩy của động
cơ hành trình để duy trì quỹ đạo bay chủ yếu trên mặt nằm ngang. Hỏi đó Phát Xí

Đức đã dùng rất nhiều tên lửa V-I (còn gọi là bom bay FAU-1) để tấn công nước

Anh. Tên lửa này có ưu điểm là có tầm bắn lớn hơn nhiều so với tên lửa đạn đạo

10


(với một trọng lượng phóng và phần chiến đấu nhất định). Tuy nhiên do hồi đó tên
lửa V-I tốc độ nhỏ, các thiết bị điều khiển cịn thơ sơ. lại chưa có các biện pháp
tránh hệ thống phịng khơng của đối phương. cho nên hiệu quả ứng dụng rất thấp.
Vì vậy, trong một thời gian dài người ta coi hướng phát triển tên lửa này là không
hiệu quả so với tên lửa đạn đạo (có tốc độ lớn hơn nhiều lần so với tên lửa hành
trình hồi đó). Trong khoảng hai thập kỷ gần đây ,với sự phát triển vượt bậc của kỹ
thuật điều khiển và công nghệ thông tin ,tên lửa hành trình (TLHT) đã có khả năng
bay thấp trên những địa hình phức tạp và tấn cơng những mục tiêu đa đạng trên
mặt đất.Vì vậy TLHT đã được sử dụng rộng rãi trong các cuộc chiến tranh gần đây

và khái niệm “TLHT” thường được gắn liền với các loại tên lua Tomahawk.mac dil
về nguyên lý bay thì TUHT và tên lửa có cánh chỉ là một .
Ở Liên Xô ngay từ đầu thập niên 50 đã phát triển loại TLHT

theo hướng sử

dụng trên mặt biển để chống tầu chiến của đối phương . Sở dĩ tên lửa hành trình
được ứng dụng trước tiên làm vũ khí đối hải là vì những lý do chính sau:
- Mặt biển tương đối bằng phẳng cho nên duy trì quỹ đạo bay thấp đễ hơn
nhiều so với trên đất liền.
- Các

mục

tiêu

có

trường

vật

lý tương

phản

lớn

so

với

mặt

biển

(độ phản xạ rađa, bức xạ hồng ngoại v.v...) cho nên tương đối dễ phát hiện và định
vị để dẫn tên lửa bán trúng mục tiêu (so với các mục tiêu trên đất liền).
Do đó, Liên Xơ ngay từ những năm 50-60 đã chế tạo thành công nhiều loại

tên lửa hành trình đối hải (TUHTĐH) có hệ thống dẫn đường qn tính và tự dẫn

giai đoạn cuối với tầm bắn 50... 500 km.
Mỹ

TLHTPH,

và

một

số nước

phương

Tây

khác

cũng

đã

phát

triển

nhiều

loại

phổ biến nhất trên thế giới quãng thập kỉ 1980-1990 là Exocet (Pháp)

và Harpoon (Mỹ) có tầm bần trên dưới 100 km, cũng có hệ thống dẫn đường quán
tính, giai đoạn cuối tự dẫn bằng rađa . Đặc biệt là trong họ các tên lửa hành trình

TOMAHAWK

của Mỹ

có loại tên lửa hành trình đối hải BGM-109

B tầm bắn

khoảng 500 km, đầu đạn 450 kg, hệ thống điều khiển quán tính + tự dẫn bằng rađa.

bay theo quỹ đạo thay đổi độ cao từ 3-5m dén 100m trén mat bién.

il


g có thể làm theo sơ đồ như máy bay
TLHT noi chung va TLHTDH noi riên
X” hoặc đấu ”+”(có hai mật phẳng
dấu”
đỏ
sơ
hoặc
)
xứng
đối
ng
phẳ
(có mot mat

hướng

khiển: kênh độ cao (kênh tầm). kênh
đối xứng). thường có 3 kênh điều
I.3 là các tên
(kênh cren). Trên hình 1.2 và hình
(kênh dạt sườn) và kênh nghiêng
lta TOMAHAWK

va X-35 (URAN ).

€

Hình 1. 2

ing ké ding co phing)
Ten tla hank trink Tomahawk (th

én ida hank trìnÀ đối lạm LAN (cần gọi l2 T32)
Frm

,

„`

,

thing ké ding co phing.

C))

)

12

:

,


Dưới đây xin điểm qua nội dung tóm tất của từng phần trong đề tài nhánh
1. Xây dựng phần mêm mơ phỏng dịng khí bao khí cụ bay (KCB) ở điều kiện số
M<0.5.

Các đặc trưng khí động lực học của KCPB và tải phân bố trên các phần tử KCB
(thân, cánh, đi hoặc cánh lái) rất cần cho các tính toán quỹ đạo bay. động lực

học chuyển động của KCPB và tính tốn kết cấu KCB.
Để có được các số liệu nói trên người ta thường phải dùng các phương pháp
thực nghiệm vừa kéo dài thời gian lại vừa tốn kém. Phương pháp tính tốn bán thực
nghiệm thường có sai số khoảng 10-20 % và chỉ áp dụng được cho các sơ đồ khí
động học khơng khác nhiều so với các mơ hình đã thử nghiệm, vì vậy chỉ đùng
trong giai đoạn đầu của quá trình thiết kế. Với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ
thong tin, trên thế giới đã và đang phát triển mạnh mẽ các phương pháp số cho
phép mơ phỏng rất chỉ tiết dịng khí bao quanh KCB

trên máy tính và tính ra được

các số liệu trên với độ chính xác ngày càng cao, về một số đặc trưng khí học đạt
độ chính xác tương đương với thử nghiệm bay (vì vậy người ta thường nói tới thử
aon

nghiệm hoặc "thối"

trên máy tính).

Các phương pháp số có xét đến cả tính nén được và tính nhớt của dịng khí trên
thế giới đang được phát triển mạnh (modul CFD của ANSYS),tuy nhiên hiện nay
mới chỉ giải được cho các bài tốn khơng có lực nâng (vì phương pháp thể tích hữu
hạn khơng mơ hình hóa được dịng khí xốy bao quanh KCB khi có lực nâng).
Phương pháp xoáy rời rạc là phương pháp số duy nhất hiện nay cho phép mơ hình
hóa được bản chất của sự hình thành lực nâng ( nói rộng hơn là các lực pháp tuyến
do chênh lệch áp suất tạo ra) và lực cản cảm ứng. Vì vậy phương pháp này cho
phép đạt độ chính xác khá cao (khoảng 5-10%) trong các trường hợp tính tốn các
hệ số lực nâng, lực dạt sườn, lực cắn cảm ứng ,vị trí tâm áp ,các hệ số mơ men khí
động lực học, kể cả do tác động của độ lệch các cánh lái. Lí do là vì các tham số
này chủ yếu được tạo ra bởi các lực pháp tuyển do chênh lệch áp suất. Tuy nhiên vì
phương pháp này giả thiết là dịng khí khơng nén được cho nên khơng tính được
các hệ số khí động lực học nói trên khi số M >0.7-0,8 (tương ứng với tốc độ bay


V> 240-270 m/s ) vì lúc này các hiệu ứng do tính nén được

của dịng khí khơng

thể bỏ qua. Phương pháp này cũng khơng tính đến tính nhớt của dịng khí cho nên
khơng tính được lực cản khí động học của KCB.
Trong đề tài này lần đầu tiên ở Việt Nam các tác giả Phạm Vũ Ủy và Nguyễn
Đức Cương đã xây dựng phần mềm để tính tốn cho mơ hình KCB dưới dạng một
tập hợp các mật nâng gần sát thực trên cơ sở phương pháp xoáy rời rạc phi tuyến.
2. Xây dựng bộ phần mêm mô phỏng chuyển động của khí cụ bay tự động trong
khơng gian 3 chiều.
Chuyển động 6 bậc tự do (3 tọa độ x,y,z và 3 góc) của KCBTĐ rất cần phân tích

tỷ mỉ trong q trình thiết kế để :
-Lập các thuật tốn và phần mềm phù hợp cho máy tính trên khoang. lựa chọn các

tham số phù hợp cho các cảm biến (sensors- kể cả bộ tọa độ mục tiêu hay đầu tự
dẫn), các tham số của tuyến lái, lựa chọn lại phối trí tổng thể (nếu cần) nhằm nâng
cao độ chính xác và các chỉ tiêu chất lượng khác của hệ thống điều khiển;
-Tính tốn chính xác hơn quỹ đạo bay của KCBTĐ

để đánh giá tính năng chiến kĩ

thuật và hiệu quả chiến đấu (thông thường ở các giai đoạn đầu bài toán quỹ đạo chỉ

giải dưới dạng chuyển động của KCBTĐ như một chất điểm);
-Tính tốn chính xác hơn các tải tác dụng lên kết cấu KCBTĐ (thông thường ở các
giai đoạn đầu bài toán độ bền kết cấu chỉ giải dưới dang cho trước một số số liệu
như hệ số quá tải lớn nhất theo các trục củaKCPB trong các tình huống khác nhau).
Trên thế giới có nhiều tài liệu đã cơng bố về từng khía cạnh cụ thể liên quan
đến chuyển động của KCBTĐ (như khí động học của KCB, động lực học của KCB

như một đối tượng điều khiển, hệ thống tự động điều khiển KCB,...). Tuy nhiên,
bản thân chuyển động của KCBTĐ cùng một lúc liên quan đến tất cả các khía cạnh
nói trên kể cả sai số của các cảm biến quán tính ở chế độ bay ôtônôm và sai số của

bộ tọa độ mục tiêu ở chế độ bay tự dẫn. Để có thể mơ hình hố được chuyển động
của KCBTĐ cần hình dung ra “bức tranh” tổng thể này. Hơn nữa trong các cơng
trình đã cơng bố chưa đẻ cập đến việc mơ phỏng chuyển động trong không gian 3
chiều của

các KCBTĐ khi

cùng

một lúc điều khiển

2 hoặc 3 kênh trong số các

kênh tầm , kênh hướng và kênh cren. Gần đây (năm 2003) trên mạng
14

Internet có


công bố phần mềm Flight Dynamics, tuy nhiên một số modul
"hộp đen", hơn nữa phần mềm này

chỉ có đưới dạng

muốn sử dụng cho mục đích của ta thì cịn

phải tìm hiểu kĩ càng và sửa đổi khá nhiều.
Trong để tài này đã tập hợp các vấn để cơ bản liên quan đến việc xây dựng
mơ hình động lực học bay của KCB nhu một đối tượng điều khiển, và việc lập mơ
hình tốn học để mơ phỏng động lực học và mơ phỏng sai số các khâu cịn lại của
vịng điều khiển

KCBTĐ. Trong q trình phân tích các tác giả hạn chế phạm vi

trình bày chủ yếu trên quan điểm nguyên lý chung về cơ học, động hình học và

động lực học của q trình điều khiển và khơng đề cập đến các vấn để đặc thù của
thiết bị quang-điện tử, vơ tuyến-điện tử, phần cứng của máy tính... Trên cơ sở các
phân tích nói trên các tác giả đã xây dựng phần mềm

MATLAB-SIMULINK để

mô phỏng chuyển động trong không gian 3 chiều của KCBTĐ. Căn cứ theo 6 tọa

độ chuyển động của KCBTĐ và hình dạng cụ thể của KCBTĐ các tác giả đã sử
dụng công cụ đồ họa 3D để có thể quan sát trực tiếp chuyển động của KCBTĐ từ
các vị trí tùy ý trên hệ tọa độ cố định (gắn với mặt đất) hoặc di động song song với
KCB.

Ngoài ra các tác giả cũng đã khảo sát ảnh hưởng của sóng và gió đến chuyển

động khi KCBTĐ bay thấp sát mặt biển.
Bộ phần mềm này do tập thể các tác giả dưới đây thực hiện:
-Nguyễn Đức Cương,

chủ trì chung,

trực tiếp đặt bài tốn , xây dựng thuật toán

động lực học bay, thuật toán điều khiển và lựa chọn cơ sở đữ liệu cho bài toán
động lực học của khí cụ bay tự động .
- Nguyễn Văn Chúc. chủ trì xây dựng thuật tốn dẫn đường. lập trình MATLABSIMULINK phần dẫn đường và nối ghép với các phần còn lại của phần mềm .
-La Hải Dũng, chủ trì lập trình MATLAB-SIMULINK phần động lực học bay và
điều khiển.

-Ngơ Trọng Mại, chủ trì phần đồ họa khơng gian 3 chiều.

3.Xây dựng phần mềm mô phỏng trạng thái ứng suất của kết cdu khi cu bay (KCB)
Trong quá trình thiết kế KCB nói chung và KCBTĐ nói riêng, vấn để giảm trọng
lượng kết cấu là hết sức quan trọng. Vì vậy việc đảm bảo độ bển hợp lí

15


(có hệ số an tồn vừa đủ) cho kết cấu KCB có ý nghĩa rất lớn. Do đó việc tính toán
độ bền và độ biến dạng của kết cấu KCPB địi hỏi có độ chính xác cao (vì hệ số an
tồn thường chỉ là 1,2-1,5).
Trước kia người ta thường tính tốn theo các cơng thức giải tích gần đúng rồi sau
đó tiến hành thử nghiệm và chỉnh sửa nhiều lần cho đến khi đảm bảo được độ bền
hợp lý. Ngày nay, do công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ , các phương pháp
mô phỏng số trong cơ học kết cấu đã được hoàn thiện thành các phản mềm thương
phẩm (như ANSYS, SAP.2000)

qua đó có thể "nhìn thấy” cả bức tranh toàn cảnh

trạng thái ứng suất của kết cấu trong các trường hợp chịu tải khác nhau và cho
phép nhanh chóng tìm ra các giải pháp thích hợp để giảm nhẹ trọng lượng kết cấu.
Vi vay dé tài không phải tự lập trình để giải bài tốn nói trên. Tuy nhiên việc tìm

hiểu sâu để khai thác và áp dụng cụ thể cho kết cấu khí cụ bay là rất cần thiết.
Đề tài lần đầu tiên ở Việt Nam đã áp dụng thành công phần mềm SAP.2000 để
mô phỏng trạng thái ứng suất của kết cấu khí cụ bay .
Tác giả Phan Văn Chạy đã cho các dạng tải điển hình trong một số trường hợp
điển hình ( khi vận chuyển, khi phóng , khi bay trên quỹ đạo và khi

lao vào khí

quyển dầy đặc) tác dụng lên một số đạng kết cấu KCB điển hình : thân, cánh,
đi, vỏ động cơ, giá đỡ động cơ... và thu được các kết quả phù hợp. Đặc biệt đã

đánh giá được thời điểm xảy ra biến dạng lớn của kết cấu vỗ mỏng (mất ổn định ),
ví dụ trong q trình tăng dần tải quán tính dọc trục .
4. Xây dựng phần mềm mơ phỏng q trình làm việc của động cơ nhiên liệu rấn.

Động cơ nhiên liệu rắn (ĐCNLR)

được áp dụng rộng rãi ở các KCBTĐ làm

động cơ phóng, động cơ hành trình và động cơ tăng tốc. Việc thiết kế ĐCNLR là
một việc phức tạp, thơng thường phải tính tốn theo các phương pháp bán thực
nghiệm và phải thử nghiệm rất nhiều lần. Việc áp dụng máy tính hiện đại để giải
bằng phương pháp số hệ phương trình vi phân kinh điển của ĐCNLR

chỉ có ý

nghĩa là để rút ngắn thời gian tính tốn từ vài phút (trên các máy tính cũ ) xuống

cịn vài giây. Tuy nhiên kết quả tính vẫn khơng đáng tin cậy vì trong hệ phương
trình vi phân kinh điển nói trên vẫn phải sử dụng một số công thức bán thực

16


nghiệm nhất là hàm tốc độ cháy phụ thuộc theo các yếu tố áp suất và nhiệt độ ban
ddu của khối thuốc.

Trong các cơng rrình của mình đã cơng bố ở Nga (1999-2000).tác giả Mai

Khánh đã đi sâu vào bản chất vật lí q trình cháy và mơ hình hóa cả trường nhiệt
độ không đồng đều của liều nhiên liệu rắn trong quá trình cháy
bằng hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng . Từ đó tác giả đã xây dựng một
phương pháp bán thực nghiệm trong đó có tính đến sự thay đổi tốc độ cháy theo

trường nhiệt độ tức thời của liều thuốc nhiên liệu rắn cho phép mơ tả sát thực hơn
các q trình cháy khơng dừng trong ĐCNLR. Trên cơ sở các cơng trình nói trên

tác giả đã lập thuật toán và phần mềm cho một dạng liều thuốc nhiên liệu rắn.
Phương pháp này đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm ở Trường đại học quốc
gia Tula (LB Nga).

Trong đề tài này tác giả đã phát triển thuật tốn và phần mềm nói trên cho bốn
đạng liều thuốc nhiên liệu rắn. Tác giả cũng đã cùng với TS Ngô Trọng Mại phát
triển các giao điện thân thiện để sử dụng được thuận tiện, kể cả đồ hoạ 3D để có
thể nhìn thấy sự thay đổi hình dạng liều thuốc nhiên liệu ran cùng với trường nhiệt
độ của nó trong q trình cháy.

17