Xây dựng mô hình bài toán thuật phóng trong của vũ khí không giật có buồng đốt cao áp

Bài viết trình bày phương pháp xây dựng mô hình toán học và giải bài toán thuật phóng trong của vũ khí không giật có buồng đốt cao áp. Mô hình bài toán được xây dựng trên cơ sở kế thừa mô hình thuật phóng của động cơ tên lửa, súng pháo thông thường và bổ sung các phương trình đặc thù cho vũ khí không giật có buồng đốt cao áp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng mô hình bài toán thuật phóng trong của vũ khí không giật có buồng đốt cao ápNghiên cứu khoa học công nghệ Xây dựng mô hình bài toán thuật phóng trong của vũ khí không giật có buồng đốt cao áp Đỗ Quốc Vì1, Nguyễn Trang Minh1, Đỗ Văn Minh2*, Phùng Văn Cường31 Viện Khoa học và Công nghệ quân sự;2 Khoa Vũ khí, Học viện Kỹ thuật Quân sự;3 Viện Vũ khí, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng.* Email: minhdv100@gmail.com.comNhận bài: 15/9/2023; Hoàn thiện: 16/11/2023; Chấp nhận đăng: 12/12/2023; Xuất bản: 25/12/2023.DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.92.2023.151-159 TÓM TẮT Bài báo trình bày phương pháp xây dựng mô hình toán học và giải bài toán thuật phóngtrong của vũ khí không giật có buồng đốt cao áp. Mô hình bài toán được xây dựng trên cơ sở kếthừa mô hình thuật phóng của động cơ tên lửa, súng pháo thông thường và bổ sung các phươngtrình đặc thù cho vũ khí không giật có buồng đốt cao áp. Bài toán được giải bằng phương pháptích phân số trên phần mềm MATLAB. Kết quả tính toán xác định được quy luật thay đổi của ápsuất buồng cao áp, áp suất buồng thấp áp và vận tốc của đạn. Kết quả bài báo phù hợp với sốliệu thiết kế của hệ vũ khí cỡ 93 mm, chứng tỏ mô hình bài toán đảm bảo độ tin cậy, làm cơ sởcho tính toán thiết kế và khảo sát ảnh hưởng của các tham số kết cấu đến động lực học của vũkhí không giật có buồng cao áp.Từ khóa: Vũ khí không giật; Thuật phóng trong; Cao thấp áp; Buồng cao áp. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Vũ khí không giật (động-phản lực) có buồng đốt cao áp (ĐPL-BCA) được nhiều nước trênthế giới sử dụng rộng rãi như tổ hợp đạn nhiệt áp RPO-A, đạn cháy RPO-Z, đạn chống tăng,...Ưu điểm của vũ khí này là thuốc phóng cháy trong buồng cao áp (BCA), đạn ở buồng thấp áp(BTA). Trong buồng thấp áp khí thuốc phóng giãn nở, tác dụng vào đạn và nòng súng. Buồngcao áp có áp suất cao nên thuốc phóng cháy ổn định, đạn ở buồng thấp áp nên tải trọng tác dụnglên đạn và nòng thấp. Khí thuốc phụt ra phía sau tạo xung lực triệt tiêu xung giật lùi của vũ khí,khí thuốc có thể phụt từ BCA, BTA hoặc cả BCA và BTA [1, 6]. a) b) c) Hình 1. Sơ đồ nguyên lý của vũ khí ĐPL-BCA. a) Khí thuốc phụt từ BCA; b) Khí thuốc phụt từ BCA và BTA; c) Khí thuốc phụt từ BTA Vũ khí ĐPL-BCA kết hợp giữa súng pháo thông thường và động cơ phản lực. Do vậy, khi xâydựng mô hình sẽ kế thừa được các phương trình cơ bản của cả hai: phương trình cháy và sinhkhí, phương trình phụt khí, phương trình chuyển động của đạn. Có một số nghiên cứu về vũ khí có buồng cao áp, cụ thể như [2, 4, 8, 11] đã xây dựng và giảibài toán thuật phóng trong của vũ khí có BCA, [3] đã xây dựng mô hình bài toán thuật phóngtrong cho vũ khí ĐPL-BCA cho trường hợp khí thuốc phụt từ BCA và BTA, [10] xây dựngphương trình năng lượng của vũ khí động phản lực có tính đến thế năng áp suất của sản phẩmcháy. Tuy nhiên, mô hình của các nghiên cứu này chưa tính đến các yếu tố như: nhiệt độ ban đầucủa thuốc phóng, sự trao đổi khí qua lại giữa BCA và BTA, lực cản ở khoang phía trước đầu đạndo có nắp bịt kín.Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, 92 (2023), 151-159 151 Cơ kỹ thuật & Cơ khí động lực Bài báo xây dựng mô hình bài toán thuật phóng trong của vũ khí ĐPL-BCA cho trường hợpkhí thuốc phụt khí từ BCA, có tính đến ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ ban đầu của thuốcphóng, sự trao đổi qua lại khí thuốc giữa BCA và BTA, lực cản ở khoang phía trước đầu đạn docó nắp bịt kín, thế năng áp suất của khí thuốc trong phương trình năng lượng. Mô hình bài toánđược áp dụng trong tính toán, thiết kế và khảo sát ảnh hưởng của các tham số kết cấu đến độnglực học, từ đó, lựa chọn các tham số tối ưu theo các yêu cầu đặt ra. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH2.1. Sơ đồ thuật phóng và nguyên lý làm việc của hệ ĐPL-BCA Sơ đồ thuật phóng của hệ ĐPL-BCA phụt khí từ BCA được trình bày như hình 2. Khi bắn, bộlửa mồi cháy thuốc mồi và thuốc phóng trong BCA. Khi áp suất khí thuốc bên trong BCA đạtđến một giá trị nhất định sẽ phá các nắp bịt của loa phụt phía trước và các loa phụt làm việc phíasau. Khí thuốc phụt qua loa phụt phía trước vào BTA đồng thời phụt qua các loa phụt làm việcphía sau ra bên ngoài (hình 2a). Khi chênh lệch áp suất khí thuốc giữa BCA và BTA đủ lớn sẽgiải phóng khớp nối đẩy đạn chuyển động về phía trước từ đó tạo sơ tốc ban đầu cho đạn. Khi ápsuất khí thuốc trong BCA tăng lên đến các giá trị xác định các loa phụt điều chỉnh sẽ lần lượtđược mở thông, đảm bảo áp suất trong BCA không vượt quá giá trị cho phép (hình 2b). Hình 2. Sơ đồ thuật phóng của vũ khí không giật có buồng đốt cao áp phụt khí từ BCA: a) Khí thuốc phụt qua loa phụt phía trước và loa phụt làm việc phía sau; b) Khí thuốc phụt qua loa phụt phía trước, loa phụt làm việc phía sau và loa phụt điều chỉnh. 1. Nắp bịt; 2. Khoang phía trước đầu đạn; 3. Ống phóng (nòng); 4. Đầu đạn; 5. Khớp nối; 6. Buồng thấp áp; 7. Loa phụt phía trước; 8. Buồng cao áp; 9. Thuốc phóng; 10. Loa phụt làm việc phía sau; 11. Loa phụt điều chỉnh.2.2. Xây dựng mô hình toán học của bài toán thuật phóng trong Hệ ĐPL-BCA có kết cấu và nguyên lý hoạt động mới, kết hợp giữa động cơ tên lửa và súngpháo thông thường. Kế thừa mô hình thuật phóng trong của động cơ tên lửa, súng pháo thông thường, các giảthiết đưa ra gồm [6, 10]: - Thuốc phóng cháy theo quy luật hình học; - Thành phần của sản phẩm cháy không thay đổi trong suốt quá trình cháy; - Không có các phần tử thuốc phóng chưa cháy hết phụt ra khỏi loa phụt; - Xem áp suất khí thuốc, nhiệt độ, thể tích riêng và mật độ ...