Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mất cân bằng đầu đạn súng bộ binh đến tản mát điểm chạm khi bắn

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:217

Thêm vào BST

Báo xấu

59
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mất cân bằng đầu đạn súng bộ binh đến tản mát điểm chạm khi bắn" là xây dựng mô hình tính toán cho phép khảo sát định lượng ảnh hưởng của độ mất cân bằng (MCB) đầu đạn đến chỉ tiêu tản mát điểm chạm khi bắn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mất cân bằng đầu đạn súng bộ binh đến tản mát điểm chạm khi bắn

1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực. Những kết luận khoa học của luận án chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
2 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc đối với PGS.TS Mai Quang Huy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, có nhiều chỉ dẫn và định hướng khoa học có giá trị giúp cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả trân trọng cảm ơn sự động viên, khuyến khích và những kiến thức khoa học mà tập thể hướng dẫn đã chia sẻ cho tác giả trong thời gian thực hiện luận án, giúp cho tác giả nâng cao năng lực và phương pháp nghiên cứu khoa học. Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Thuật phóng và Điều khiển Hỏa lực, Trung tâm Kỹ thuật Vũ khí/ Khoa Vũ khí, Phòng Sau Đại học/ Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Tên lửa, Nhà máy Z113/ Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến quí báu cho luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài Quân đội, các đồng nghiệp đã cung cấp cho tác giả nhiều tài liệu, các kiến thức khoa học và nhiều lời khuyên có giá trị. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với những người thân trong gia đình đã thông cảm, khích lệ tinh thần, tạo điều kiện cho tác giả trong suốt thời gian làm luận án.
3 MỤC LỤC
4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. Chữ viết tắt BNN Biến ngẫu nhiên. LA Luận án. MCB Mất cân bằng. MPNN Mô phỏng ngẫu nhiên. PTHH Phần tử hữu hạn. TCCNQP Tổng cục công nghiệp quốc phòng. TDSC Tác dụng sau cùng. TM Tản mát. TPN Thuật phóng ngoài. TPT Thuật phóng trong. VTKT Vận tốc khối tâm. 2. Ký hiệu xo: tọa độ điểm rơi theo phương x. zo: tọa độ điểm rơi theo phương z. mx: kỳ vọng toán của xo. mz: kỳ vọng toán của zo. ly: sai số trung gian tản mát về chiều cao lz: sai số trung gian tản mát về hướng. x : độ lệch chuẩn theo phương x. z : độ lệch chuẩn theo phương z. c: góc nghiêng tiếp tuyến quỹ đạo khối tâm đạn tại điểm đang xét. Д: tầm bắn. r100: bán kính hình tròn có tâm tại điểm chạm trung bình, chứa 100% điểm chạm. r50: bán kính hình tròn có tâm tại điểm chạm trung bình, chứa 50% số điểm chạm. d: cỡ đạn. md: khối lượng đầu đạn. D1, D2, α: 3 thông số biểu diễn độ mất cân bằng của đầu đạn. lb: khoảng cách hai đai đạn. lc: khoảng cách từ khối tâm đến đai dẫn. l: chiều dài đầu đạn.
5 0 : góc tiến động ban đầu. 0 : góc quay riêng ban đầu. 1 , 2, … n: các đại lượng ngẫu nhiên. : phương sai của i. Kij: mô men tương quan giữa i và j. : các mô men trung tâm cấp ba và bốn tương ứng của đại lương ngẫu nhiên i. 0 : góc phóng. V0: sơ tốc của đầu đạn. C: hệ số phóng. : là các sai số trung gian tản mát của 0,V0 và C. mi: khối lượng phân tố i. Ri: độ lệch tâm của phân tố i. l1i và l2i: khoảng cách từ khối tâm của phân tố i đến hai gối tựa. : véc tơ mất cân bằng của phân tố i. : lực mất cân bằng của phân tố i. : tốc độ quay của vật thể. ec: độ lệch tâm của vật thể. k : độ lệch quân phương hướng kính của phân bố chuẩn 2 chiều ban đầu. D xij : khối không cân bằng ở mặt phẳng quy đổi thứ x (x = 1,2) xuất hiện do dịch chuyển trục mặt phẳng thứ i của chi tiết thứ j. r(x): thì bán kính của bề mặt chi tiết tại vị trí đang xét. (x): độ đảo hướng kính của bề mặt chi tiết tại vị trí đang xét. : khối lượng riêng của vật liệu chi tiết thứ i. i xH, xk, rH, rk, ζH, ζk: toạ độ, bán kính, độ lệch trên thiết diện ban đầu và cuối cùng của bề mặt tròn xoay được biểu diễn dưới dạng hình nón, hình trụ. x1, x2: toạ độ bề mặt quy đổi các khối không cân bằng. xc,yc,zc: tọa độ trọng tâm đầu đạn. m: khối lượng đầu đạn. a: hệ số cấp chính xác dùng để tra cấp chính xác hình dạng. i: giá trị của đơn vị dung sai được tra theo kích thước danh nghĩa.
6 ITx: cấp dung sai tiêu chuẩn được tra theo kích thước danh nghĩa và trị số dung sai của nó. V: miền xác định của đại lượng cần khảo sát. Ve: miền xác định của phần tử. f = [fx fy fz]T : lực thể tích. T= [Tx Ty Tz]T: lực diện tích. Pi = [Px Py Pz]T: lực tập trung. u = [u, v, w] T: véc tơ chuyển vị. = [ x , y, z, yz , xz , xy] T : ten xơ biến dạng. = [ x , , z, y yz , xz, ] T : ten xơ ứng suất. xy D: ma trận vật liệu. E: mô đun đàn hồi. : hệ số Poisson. : thế năng toàn phần của vật thể. U: năng lượng biến dạng của vật thể. W: công của ngoại lực tác dụng. [K]e : ma trận độ cứng phần tử. [M]e : ma trận khối lượng phần tử. [N]: ma trận hàm dáng phần tử. [B]: ma trận đạo hàm các hàm dáng. : khối lượng riêng của vật liệu phần tử. ne: số bậc tự do của phần tử. [K]: ma trận độ cứng toàn cục. [M]: ma trận khối lượng toàn cục. [C]: ma trận cản toàn cục. {F}: véc tơ tải toàn cục. véc tơ gia tốc, vận tốc, chuyển vị toàn cục. [G] ma trận cản Coriolis gây nên bởi gia tốc Coriolis của hệ. [KC] ma trận suy giảm độ cứng cơ hệ do chuyển động quay. x, y, z : các thành phần véc tơ vận tốc góc của vật thể quay. các véc tơ lực khối.
7 t: bước tích phân. {DL}: véc tơ động lượng toàn hệ. {DLix,DLiy,DLiz}: véc tơ động lượng ứng với nút i. {R(t)}: véc tơ phản lực tương tác giữa đạn và thành nòng. {Fms}: véc tơ lực ma sát tại các điểm nút tiếp xúc giữa đạn và nòng. z: bề dày cháy tương đối. p: áp suất trong nòng. Ik: xung lượng toàn phần của áp suất khí thuốc. : lượng sinh khí tương đối. , , : hệ số hình dạng của thuốc phóng. Ld: chiều dài nòng. Wo: thể tích ban đầu của buồng đốt. : mật độ nhồi. p0: áp suất tống đạn. f: lực thuốc phóng (ký hiệu trong bài toán thuật phóng trong). : khối lượng thuốc phóng(ký hiệu trong bài toán thuật phóng trong). e_vỏ, e_áo chì, e_lõi,: độ đảo hướng kính của vỏ, áo chì, lõi. U(a,b): bộ số ngẫu nhiên phân bố đều trên [a,b]. N(0,1): bộ số ngẫu nhiên phân bố chuẩn hóa. N( ,σ2): bộ số ngẫu nhiên phân bố chuẩn có kỳ vọng , độ lệch tiêu chuẩn σ.
8 DANH MỤC CÁC BẢNG
9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
10 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Tản mát là chỉ tiêu quan trọng hàng đầu trong hàng loạt các yêu cầu chiến kỹ thuật của hệ thống vũ khí vì nó quyết định trực tiếp đến hiệu quả chiến đấu. Chỉ tiêu tản mát đặc trưng cho mức độ phân tán của điểm rơi (hay điểm chạm), trị số của nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhiễu loạn tác động lên chuyển động của đạn trong suốt quá trình kể từ khi hạt lửa bắt đầu làm việc đến khi đạn chạm mục tiêu. Do vậy, có thể nói việc giảm tản mát là công việc thường xuyên mà các nhà nghiên cứu vũ khí phải quan tâm tới Chỉ tiêu tản mát điểm chạm (điểm rơi) được xác định bởi tản mát của ba thông số thuật phóng gồm: tản mát sơ tốc, tản mát góc bay ra và tản mát hệ số phóng. Tiếp theo, tản mát của ba thông số thuật phóng lại phụ thuộc vào hàng loạt các thông số liên quan đến hệ thống súng, đạn, thuốc phóng, môi trường trong các giai đoạn chuyển động của đạn gồm: chuyển động trong nòng, chuyển động bán liên kết, chuyển động trong thời kỳ tác dụng sau cùng và chuyển động trong môi trường không khí. Đối với súng bộ binh, do góc bắn và cự ly bắn nhỏ nên trọng số của thành phần tản mát do độ phân tán của sơ tốc và hệ số phóng là khá nhỏ so với thành phần tản mát do độ phân tán của góc bay ra (góc rời nòng hay góc nảy). Trong khi đó, mất cân bằng của đầu đạn là nguyên nhân chính gây ra tản mát góc bay ra và nó là đặc tính cố hữu tồn tại khách quan phụ thuộc vào dung sai chế tạo và độ đồng nhất của vật liệu chế tạo đầu đạn. Đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về tản mát của đạn ở trong nước và từ nước ngoài mà chúng ta có thể tiếp cận được, tuy nhiên các công trình đó hầu hết tập trung cho các loại đạn pháo, cối, tên lửa có tầm bắn tương đối xa và mô hình chuyển động của các loại đạn này khác xa so với mô hình chuyển động của các loại đạn súng bộ binh, đặc biệt là trong giai đoạn chuyển động trong nòng. Vấn đề về tản mát của SBB, các nước có nền công nghiệp vũ khí tiên tiến thường xuyên cải tiến, thiết kế mới để cho ra đời những mẫu đạn súng bộ binh có chỉ tiêu tản mát ngày càng nhỏ, nhưng chúng ta không có điều kiện tiếp cận được những công trình nghiên cứu của họ. Nền công nghiệp quốc phòng của ta đã nghiên cứu và sản xuất được hầu hết các loại đạn và súng bộ binh. Tuy nhiên, việc kiểm soát các yếu tố để đảm bảo yêu cầu về chỉ tiêu tản mát mới chỉ dừng lại ở mức độ tuân theo các tài liệu công nghệ được chuyển giao hoặc thiết kế theo mẫu mà chưa có những nghiên cứu một cách chủ động và hệ thống về vấn đề này. Chính vì vậy khi đối mặt với nhiệm vụ thiết kế mới và cải tiến thì các nhà thiết kế chưa có những mô hình nghiên cứu đầy đủ để làm công cụ kiểm soát chỉ tiêu tản mát một cách chủ động.
11 Do đó, việc lựa chọn đề tài luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mất cân bằng đầu đạn súng bộ binh đến tản mát điểm chạm khi bắn ” là cần thiết. Kết quả nghiên cứu của luận án cho phép chỉ ra mối quan hệ định lượng giữa cấp chính xác gia công chế tạo đầu đạn với chỉ tiêu tản mát điểm chạm khi bắn. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án Mục đích nghiên cứu của luận án là xây dựng mô hình tính toán cho phép khảo sát định lượng ảnh hưởng của độ mất cân bằng (MCB) đầu đạn đến chỉ tiêu tản mát điểm chạm khi bắn. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án Đối tượng nghiên cứu của luận án Đối tượng nghiên cứu của luận án là đầu đạn súng tiểu liên AK 7,62mm K56 lõi thép mất cân bằng khối lượng. Phạm vi nghiên cứu của luận án: Chỉ tiêu tản mát được xác định ứng với giai đoạn kể từ khi đầu đạn được cắt đai hoàn toàn cho tới khi chạm mục tiêu. 4. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trên cơ sở sử dụng phương pháp mô phỏng ngẫu nhiên (MPNN). Theo phương pháp này, luận án sẽ thực hiện hai bước: Bước 1: Lập mô hình toán học, bao gồm: mô hình tính toán các đặc trưng mất cân bằng theo cấp chính xác gia công; mô hình tính toán chuyển động trong nòng của đầu đạn súng bộ binh ba cấu tử, mất cân bằng khối lượng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) trên cơ sở coi đầu đạn là vật rắn biến dạng trong vùng đàn hồi. Bước 2: Đưa các đại lượng ngẫu nhiên vào trong mô hình. Sau khi xây dựng xong mô hình toán học và đưa các đại lượng ngẫu nhiên vào mô hình luận án sẽ tiến hành khảo sát ảnh hưởng của độ MCB đến tản mát điểm chạm và bắn thực nghiệm đối chứng. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học của luận án thể hiện ở các khía cạnh sau: 1. Mô hình tính toán của luận án cho phép xác định các đại lượng đặc trưng mất cân bằng khối lượng của lô đầu đạn theo cấp chính xác gia công.
12 2. Mô hình tính toán của luận án cho phép mô tả chuyển động trong nòng của đầu đạn súng bộ binh ba cấu tử, mất cân bằng khối lượng dựa trên phương pháp PTHH khi coi đầu đạn là vật rắn biến dạng đàn hồi. 3. Mô hình tổng thể và phần mềm của luận án cho phép khảo sát định lượng ảnh hưởng của độ MCB đầu đạn súng bộ binh đến tản mát điểm chạm khi bắn. Ý nghĩa thực tiễn của LA: Cung cấp cơ sở lý thuyết và công cụ hữu ích trên phương diện khống chế chỉ tiêu tản mát cho các nhà thiết kế trong quá trình phân tích, quyết định phương án thiết kế đạn súng bộ binh 6. Nội dung và cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo và tài liệu tham khảo, nội dung của luận án gồm 4 chương: Chương 1. Tổng quan về tản mát điểm chạm và sự mất cân bằng khối lượng của đầu đạn Chương 2. Xây dựng mô hình tính toán độ MCB của đầu đạn súng bộ binh nhiều cấu tử Chương 3. Xây dựng mô hình tính toán chuyển động trong nòng của đầu đạn súng bộ binh MCB Chương 4. Khảo sát ảnh hưởng của độ MCB khối lượng đến tản mát điểm chạm
13 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TẢN MÁT ĐIỂM CHẠM VÀ SỰ MẤT CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG CỦA ĐẦU ĐẠN 1.1. Tản mát điểm chạm Tản mát là hiện tượng điểm chạm của các phát bắn với cùng một điều kiện bắn như nhau nhưng không trùng nhau mà tạo thành một tập hợp các điểm. Các nghiên cứu lý thuyết cũng như thực nghiệm về tản mát điểm chạm đã phát triển khá sâu sắc song song với quá trình phát triển của súng – đạn đã chỉ ra rằng tản mát điểm chạm là một đại lượng ngẫu nhiên được biểu diễn bằng quy luật [2], [30], [40], [46]: (1.1) trong đó: mx, mz là kỳ vọng toán của x0, z0 và chúng cũng chính là toạ độ của trung tâm tản mát; lx, lz là sai số trung gian tản mát về tầm và hướng, chúng có quan hệ với độ lệch chuẩn x, z bởi quan hệ: ; (1.2) trong đó, = 0,477 và lx= 0,6745 x; lz = 0,6745 z Về mặt ý nghĩa, lx, lz đặc trưng cho mức độ phân tán của toạ độ điểm rơi xung quanh trung tâm tản mát. Vì vậy, để đánh giá mức độ tản mát của điểm rơi người ta lấy chỉ tiêu bằng số là lx, lz. Khi bắn các mục tiêu có chiều cao đáng kể bằng đường đạn căng, người ta lại thường quan tâm đến tản mát của điểm chạm với chỉ tiêu là sai số trung gian tản mát theo chiều cao và theo hướng: ly, lz. Khi đó giữa ly và lx có mối quan hệ: (1.3) c góc nghiêng tiếp tuyến quỹ đạo khối tâm đạn tại điểm đang xét. Với các loại đạn cỡ lớn như: đạn pháo, đạn cối, đạn phản lực dã chiến...người ta sử dụng chỉ tiêu là độ lệch tương đối về tầm và độ lệch tương đối về hướng để đánh giá tản mát. Chỉ tiêu tản mát của đạn pháo rãnh ổn định con quay, đạn cối và tên lửa dã chiến được cho trong bảng 1.1 [9], [46].
14 Bảng 1.1. Chỉ tiêu tản mát của một số loại đạn cỡ lớn STT Chủng loại 1 Đạn pháo rãnh xoắn 2 Đạn cối 3 Đạn tên lửa dã chiến Ghi chú: (Д tầm bắn) Đối với đạn súng bộ binh, khi đánh giá chỉ tiêu tản mát người ta còn dùng bán kính tản mát r100 và r50. r100 là khoảng cách từ điểm chạm trung bình tới điểm chạm xa nhất, tức là vòng tròn có tâm tại điểm chạm trung bình và bán kính là khoảng cách chứa 100% các điểm chạm (lỗ thủng). Bán kính tản mát r50 được lấy là bán kính đường tròn có tâm tại điểm chạm trung bình, chứa 50% điểm chạm nằm gần với điểm chạm trung bình nhất. Giữa các bán kính tản mát có liên hệ sau: r100 = (1,45 ÷ 1,50) r50. Thông số tản mát của một số loại đạn súng bộ binh hiện có trên thế giới được thể hiện trong bảng 1.2. Bảng 1.2. Thông số tản mát một số loại đạn súng bộ binh Cự ly r50 [cm] Loại đạn Vũ khí sử dụng [m] 7,62mm K53 Súng K44 100 3,6 7,62mm NATO Súng trường M14 100 3,2 7,62mm K56 Súng CKC 100 3,5 5,56x45mm Súng tiểu liên M16A1 100 3,2 Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tản mát điểm chạm, các yếu tố này có thể phân thành nhóm như: theo súng và điều kiện sử dụng súng; theo độ chính xác gia công chế tạo đầu đạn, các đặc trưng thuốc phóng và kết cấu của phát bắn; theo thời hạn bảo quản; các điều kiện khí tượng khi bắn; theo sự luyện tập chuyên môn và kỹ năng của xạ thủ. Trong đó, đạn và các đặc trưng của nó chiếm khoảng một phần ba tổng các yếu tố ảnh hưởng tới độ tản mát đầu đạn khi bắn [18]. Có thể kể ra một số các yếu tố quan trọng gồm: các đặc trưng thuật phóng và động học của đầu đạn; độ ổn định của đầu đạn trên đường bay; các điểm đặc biệt về kết cấu đầu đạn; tính chất lý hóa và kết cấu
15 liều thuốc phóng; cấp chính xác chế tạo đầu đạn, các phần tử của nó và của cả viên đạn nói chung. Độ chính xác chế tạo và lắp ráp các phần tử của đầu đạn ảnh hưởng lớn đến tản mát điểm chạm khi bắn. Đối với đạn súng bộ binh, đặc biệt phải lưu ý tới độ chênh lệch bề dày thành vỏ bọc, cốc đựng liều thuốc, lớp áo chì. Độ lệch này xác định độ lệch vị trí trọng tâm so với trục hình học, đây là nguyên nhân xuất hiện và tác dụng của lực hướng tâm, làm tăng bán kính tiến động và dẫn tới giảm độ chụm. Tăng độ chính xác chế tạo đạn và các phần tử của nó mâu thuẫn với các yêu cầu kinh tế khác nhau và các điều kiện của đặc tính sản xuất hàng loạt. Vì vậy, hiện nay cấp độ chính xác chế tạo đầu đạn tại các nhà máy TCCNQP được thiết lập từ thực tế dung hòa giữa khả năng công nghệ và chi phí sản xuất trên cơ sở các thử nghiệm đánh giá sự đảm bảo yêu cầu về độ chụm. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các yếu tố ảnh hưởng đến tản mát điểm chạm mang tính ngẫu nhiên có tính quy luật xác suất. Ví dụ, chuyển động của đầu đạn trong nòng được xem như một quá trình chịu ảnh hưởng của một loạt các thông số được biểu diễn bởi hàm ngẫu nhiên: sai số chế tạo, sai số lắp ghép, dung sai khối lượng…. Trong [5], [9], [32] đã chỉ ra sự phân bố ngẫu nhiên các tham số ảnh hưởng đến chuyển động đầu đạn như: sai số đường kính, phân bố khối lượng, phân bố độ mất cân bằng khối lượng… Một số quy luật phân bố các thông số cấu tạo đầu đạn pháo 76,2 mm ảnh hưởng trực tiếp đến chuyển động của đầu đạn trong nòng được cho trong bảng 1.3. Bảng 1.3. Quy luật phân phối của các đại lượng ngẫu nhiên trong mô hình mô phỏng tản mát đạn pháo chống tăng 76,2 mm Ký Đơn vị STT Đại lượng Quy luật phân phối hiệu đo 1 Cỡ đạn d Chuẩn =76,0375; =0,0208 [mm] 2 Khối lượng đầu đạn (dấu md Đều trong [6,1793 ... 6,2207] [kg] H) 3 D1 Rayleigh với tham số =51,76 [g.cm] Thông số mất cân bằng 4 D2 Rayleigh với tham số =23,6 [g.cm] của đạn 5 Rayleigh với tham số =0,729 [rad] 6 Khoảng cách hai đai đạn lb Chuẩn =70; =0,025 [mm] 7 Khoảng cách từ khối tâm lc Chuẩn =52; =0,05 [mm] đến đai dẫn 8 Chiều dài đạn l Chuẩn =381; =0,136 [mm]
16 9 Góc tiến động ban đầu 0 Đều trong [0…2 ] [rad] 10 Góc quay riêng ban đầu 0 Đều trong [0…2 ] [rad] 11 Vận tốc góc quay riêng Đều trong [0…r0=2248,7] ban đầu 1.2. Sự mất cân bằng khối lượng của đầu đạn Lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra rằng MCB khối lượng là một trong những nguyên nhân cơ bản làm tăng tản mát điểm chạm. Do các nguyên nhân như: độ không đồng nhất của vật liệu, sai số trong quá trình gia công chế tạo chi tiết cũng như lắp ráp thành phẩm nên độ MCB là một đặc tính cố hữu không thể tách rời của đầu đạn. 1.2.1. Các khái niệm cơ bản về sự MCB của đầu đạn Nghiên cứu lý thuyết và đưa ra các giải pháp giảm ảnh hưởng của MCB đến hoạt động cũng như độ bền các vật thể quay đã được quan tâm từ lâu và trở thành một yêu cầu bắt buộc trong quá trình thiết kế. Thậm chí đã được tiêu chuẩn hóa trong các tài liệu kỹ thuật trên thế giới. Để có cái nhìn tổng quan về hiện tượng MCB đầu đạn chúng ta sẽ xem xét một số các khái niệm, định nghĩa, đại lượng, tiêu chuẩn về sự MCB khối lượng của vật thể quay theo các tài liệu tiêu chuẩn: ГОСТ 1953474, ГОСТ 26061 76, ISO 1940, [11], [23], [33], [34], [36], [37], [38]. Khi nghiên cứu độ cân bằng của vật thể, người ta phân biệt ba dạng MCB: MCB tĩnh: là trường hợp trục quán tính chính trung tâm và trục quay của vật thể song song và cách nhau một khoảng lệch ec (hình 1.1). Để khử MCB tĩnh, ta phải đưa trọng tâm về trục quay của rotor. Việc này được thực hiện bằng cách đặt một khối lượng đối diện với khối lượng MCB qua tâm và ở cùng khoảng cách bán kính. Khi lượng MCB là đủ lớn, ta có thể khử sự MCB tĩnh mà không cần phải quay rotor. Tuy nhiên, sự MCB tĩnh có thể được đo đạc với độ chính xác cao hơn nhiều bằng cách quay rotor ở tốc độ cao. Việc đo lượng MCB và điều chỉnh (tức khử) nó đi sau đó được thực hiện bằng cách sử dụng máy cân bằng động.
17 Hình 1.1. Sự MCB tĩnh MCB mômen (hay MCB ngẫu lực): là trường hợp trục quán tính chính trung tâm cắt trục quay của vật thể tại khối tâm và hợp với trục này một góc nào đó. Khi này vật thể vẫn được cân bằng tĩnh bởi vì khối tâm của nó nằm trên trục hình học (hình 1.2). Hình 1.2. Sự MCB mô men Rotor hình trụ thể hiện trong hình 1.2 có một sự MCB gây ra bởi hai khối m1 và m2 giá trị như nhau, đặt đối xứng chéo nhau qua trọng tâm. Rotor ở trạng thái cân bằng tĩnh, tức là trọng tâm nằm trên trục quay của rotor. Tuy nhiên, khi rotor quay, các lực F 1 và F2 tạo ra bởi hai khối m 1 và m2 làm xoay trục quán tính chính lệch khỏi trục quay rotor. Sự MCB ngẫu lực đặc trưng cho tình trạng của một rotor có trục quán tính chính cắt trục quay rotor tại trọng tâm rotor. Sự MCB ngẫu lực tạo ra rung động mạnh trên cả hai mặt nơi các lực tác động. Ta có thể khử kiểu MCB này bằng cách cân bằng trên máy cân bằng động và xử lý MCB tại cả hai mặt. MCB ngẫu lực chỉ được phát hiện khi cho rotor quay và bắt buộc phải xử lý nhờ vào máy cân bằng động. MCB động học (MCB hỗn hợp): có thể biểu diễn ở dạng tổng của sự MCB tĩnh và MCB mô men (hình 1.3). Khi này rotor có trục quán tính chính không song song mà cũng không giao nhau với trục quay, đây là loại MCB phổ biến nhất. Để khử MCB động, ta đo độ rung khi quay rotor và sau đó bù sự MCB này trên cả hai mặt. MCB dạng này chỉ có thể được phát hiện bằng máy cân bằng động.
18 Hình 1.3. Sự MCB động học Để định lượng độ MCB của vật thể quay người ta sử dụng các khái niệm véc tơ MCB. Xác định như sau: Chia vật thành N phân tố dạng đĩa mỏng, có khối lượng tương ứng mi và trọng tâm nằm cách trục quay một khoảng i, nằm cách gối tựa của trục quay 1 và 2 một khoảng l1i và l2i. (Hình .1.4). Hình 1.4. Khái niệm véc tơ MCB phân tố Véc tơ MCB của phân tố là một véc tơ đi qua khối tâm phân tố, phương vuông góc với trục quay của vật thể. Lực MCB của phân tố được tính bằng tích của véc tơ MCB với bình phương vận tốc góc của vật thể. (1.4) Cân bằng động là sự cân bằng của vật thể khi tham gia chuyển động quay. Cân bằng động của vật thể chỉ đạt được khi đủ điều kiện cân bằng tĩnh và cân bằng mô men [3].
19 + Điều kiện cân bằng tĩnh được viết: (1.5) + Điều kiện cân bằng mô men được viết theo phương trình cân bằng mô men của các lực MCB lấy với hai mặt phẳng cơ sở: ; (1.6) Ranh giới giữa mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng động Khi vật quay mất cân bằng ngẫu lực hoặc hỗn hợp, do tồn tại ngẫu lực hay mô men nên không thể dùng cân bằng tĩnh để khử. Chỉ khi ngẫu lực do cặp lực này sinh ra nhỏ, tức là chiều dầy của vật quay nhỏ hơn khá nhiều so với đường kính của nó, lúc đó vật có thể được xem là chỉ mất cân bằng tĩnh. Vấn đề đặt ra là vật quay mỏng bao nhiêu thì được xem là chỉ mất cân bằng tĩnh. Thực tế cân bằng cho thấy vật quay dầy nếu quay ở tốc độ thấp thì vẫn có thể dùng phương pháp cân bằng tĩnh để cân bằng, ngược lại vật quay mỏng nếu quay ở tốc độ cao thì đòi hỏi phải cân bằng động. Ranh giới giữa cân bằng tĩnh và động có thể tham khảo trong hình 1.5 [11], ở đây B là chiều dày, D là đường kính vật quay. Hình 1.5. Ranh giới giữa mất cân bằng tĩnh và động Miền I vật quay buộc phải cân bằng động; Miền II vật quay có thể được cân bằng tĩnh hoặc động tùy vào độ chính xác và yêu cầu làm việc; Miền III vật quay chỉ cần cân bằng tĩnh Các khái niệm trên đây hoàn toàn được sử dụng khi nghiên cứu độ mất cân bằng của đầu đạn chuyển động trong nòng. Khi này, hai gối tựa được hiểu là các vị trí tỳ (liên kết) giữa lòng nòng và đầu đạn. Cấp độ mất cân bằng Theo ГОСТ 22061 –76 [34], độ mất cân bằng được chia ra các cấp độ như sau (bảng 1.4). Bảng 1.4. Cấp độ mất cân bằng
20 Giá trị mất cân bằng lớn nhấtec, max (mm.rad/s) Cấp độ mất cân bằng ec, độ lệch tâm và tốc độ quay của vật thể Min Max (0)* (0,064) (0,16) 1 0,16 0,40 2 0,40 1,00 3 1,00 2,50 4 2,50 6,30 5 6,30 16,00 6 16,00 10,00 7 40,00 100,00 8 100,00 250,00 9 250,00 630,00 10 630,00 1600,00 11 1600,00 4000,00 (12)* (4000,00) (10000,00) Tài liệu [23], [34] đã chỉ ra các vùng ứng dụng cho phép trong kỹ thuật tương ứng với các cấp độ mất cân bằng khối lượng (bảng 1.5). Bảng 1.5. Vùng ứng dụng chấp nhận các cấp độ mất cân bằng theo ISO – 1940 Cấp chất lượng cân Loại rotor – các ví dụ tổng quát bằng (mm/s) Bộ dẫn động trục khuỷu của động cơ diesel tàu thủy thấp G 4000 4000 tốc, lắp cứng với số xylanh lẻ