zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Tính toán lựa chọn tuyến hình cho phương tiện ngầm không người lái

Chia sẻ: Nguyễn Tình | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Báo xấu

37
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của bài viết này trình bày tính toán lựa chọn tuyến hình cho phương tiện ngầm không người lái (PTNKNL), nhất là các phương tiện hoạt động ở độ sâu đến 100 m để thực hiện một số nhiệm vụ đặc chủng của Hải quân có vai trò hết sức quan trọng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tính toán lựa chọn tuyến hình cho phương tiện ngầm không người lái

Thông tin khoa học công nghệ TÍNH TOÁN LỰA CHỌN TUYẾN HÌNH CHO PHƯƠNG TIỆN NGẦM KHÔNG NGƯỜI LÁI Nguyễn Thanh Chinh1*, Vũ Đức Vinh2 Tóm tắt: Tính toán lựa chọn tuyến hình cho phương tiện ngầm không người lái (PTNKNL), nhất là các phương tiện hoạt động ở độ sâu đến 100 m để thực hiện một số nhiệm vụ đặc chủng của Hải quân có vai trò hết sức quan trọng. Kết quả của quá trình mang tính chất quyết định trong giai đoạn đầu của việc thiết kế, chế tạo loại phương tiện đặc chủng này. Bài báo này tập trung giới thiệu kết quả tính toán, lựa chọn tuyến hình dựa trên phương pháp mô phỏng, lựa chọn mô hình và thử nghiệm sản phẩm. Từ khóa: Thiết kế phương tiện ngầm; Tính toán lựa chọn tuyến hình; Phương tiện ngầm không người lái; Tuyến hình. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm qua, lực lượng tác chiến ngầm của Quân chủng Hải quân được xây dựng và phát triển không ngừng lớn mạnh, luôn luôn sẵn sàng chiến đấu, đủ khả năng phải ứng nhanh, tác chiến tinh nhuệ góp phần bảo vệ vững chắc chủ quyền biển, đảo thiêng liêng của Tổ quốc. PTNKNL là một thành phần của lực lượng tác chiến ngầm, có những đặc tính đặc chiến-kỹ thuật đặc thù đang dần khẳng định vai trò và vị trí trong lực lượng này. Việc phát triển PTNKNL phụ thuộc rất nhiều vào khả năng tính toán, lựa chọn tuyến hình trong giai đoạn đầu của việc thiết kế. Ở trong nước, việc tính toán và lựa chọn tuyến hình cho PTNKNL gặp rất nhiều khó khăn, điển hình là thiếu mẫu, thiếu phòng thí nghiệm và các khu vực thử nghiệm để đưa ra được các mẫu phù hợp. Thời gian gần đây, lực lượng kỹ thuật Hải quân đã đạt nhiều thành công trong lựa chọn tuyến hình cho PTNKNL, nhiều loại PTNKNL đã được chế tạo trên cơ sở tính toán, mô phỏng để lựa chọn tuyến hình, điển hình là các loại mục tiêu ngầm có kích thước và tính năng rất phong phú, từ đơn giải nhất là các bộ gõ tạo âm bằng phương pháp cơ khí đến việc tạo ra những tín hiệu phức tạp, hoạt động theo các thuật toán phức tạp (các mồi bẫy ngư lôi), duy trì thời gian dài và hành trình theo những quỹ đạo kết hợp theo kịch bản lập trình [1]. 2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT 2.1. Tính toán lựa chọn tuyến hình, lựa chọn các thông số cơ bản Để khắc phục các khó khăn do thiếu cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm, đội ngũ kỹ thuật chuyên ngành đã sử dụng một số phần mềm chuyên về thiết kế như AnSys, MaxSurf,… mô phỏng với cơ sở dữ liệu lớn kết hợp với kinh nghiệm của đội ngũ chuyên gia kỳ cựu trong thiết kế tàu, xuồng, phương tiện nổi, trong cải tiến hiện đại hóa các loại tàu Hải quân [2]. Qua khảo sát, phân tích và chạy thử mô hình, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các bài toán mô phỏng các tình huống điển hình và phi điển hình. Dưới đây là minh họa kết quả mô phỏng lực cản đối với 08 trường hợp điển hình sử dụng phần mềm Ansys fluent, với các thông số PTNKNL được mô phỏng: chiều dài: 3550 mm; đường kính thân: 350 mm; vận tốc khai thác: 4 hải lý/giờ; độ sâu lặn tối đa: 150 m; vật liệu: hợp kim nhôm, mác 6061-T6. Kết quả mô phỏng các trường hợp cụ thể: - Trường hợp 1: Khối cầu; - Trường hợp 2: Khối elip tròn xoay; - Trường hợp 3: Khối hình hộp chữ nhật; - Trường hợp 4: Khối hình trụ ở giữa, đầu là bán cầu, đuôi là bán cầu; - Trường hợp 5: Khối hình trụ ở giữa, đầu bán cầu, đuôi hình nón; - Trường hợp 6: Khối hình côn ở giữa, đầu bán cầu, đuôi hình nón; - Trường hợp 7: Khối hình trụ ở giữa, đầu elip tròn xoay, đuôi hình nón; - Trường hợp 8: Khối hình côn ở giữa, đầu elip tròn xoay, đuôi elip tròn xoay. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 71, 02 - 2021 169
Thông tin khoa học công nghệ Hình 1. Đồ thị so sánh lực cản của các kiểu hình dáng khác nhau. Kết hợp với bài toán mô phỏng ứng suất, mô phỏng lực tác động uốn, nhóm nghiên cứu đã chọn mẫu sản phẩm (prototype) có dạng trụ tròn, tương đồng với mẫu số 7 và rút ra kết luận: 1. Mũi phương tiện có dạng hình elip xoay, thân dạng hình trụ tròn, và đuôi dạng hình côn; 2. Độ dày thân: 7 mm, đáp ứng chịu lực ở độ sâu hoạt động và bảo đảm không bị cong vênh, biến dạng trong quá trình triển khai; 3. Sử dụng phương pháp dằn động lực khi chuyển chế độ chạy ngầm – chạy nổi (sử dụng cánh lái, cánh dằn). Thêm vào đó, cân nhắc các yếu tố về vật liệu, về sức bền và độ ổn định, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn được tuyến hình và thông số cơ bản của PTNKNL như sau: + Chiều dài: 3550 mm; + Đường kính thân: 350 mm; + Vận tốc khai thác: 3 hải lý/giờ; + Vận tốc tối đa: 4 hải lý/giờ; + Độ lặn sâu tối đa: 100 m; + Vật liệu: nhôm hợp kim. Để bảo đảm khả năng cơ động khi vận chuyển và sự độc lập về không gian giữa các bộ phân chức năng, tuyến hình được phân tách thành 07 khoang mô đun: 01 mô đun đầu (head), 01 mô đun đuôi (tail) và 05 mô đun giữa, mỗi mô đun được tính toán bố trí các trang thiết bị để bảo đảm các chức năng khác nhau. Nhóm nghiên cứu cũng đã tính toán khả năng kín nước, khả năng chịu lực của các đoạn ghép nối, mô phỏng và thử nghiệm về giải pháp này. Hình 2. Hình dạng của PTNKNL nhìn ở các góc độ khác nhau. 170 N. T. Chinh, V. Đ. Vinh, “Tính toán lựa chọn … phương tiện ngầm không người lái.”
Thông tin khoa học công nghệ 2.2. Tính toán và lựa chọn cánh lái a. Điều kiện đầu vào Theo tính toán ban đầu, PTNKNL có tải trọng khoảng 242 kg, với tải trọng nổi là 10%, thì lực dằn cần có khoảng 250 N. Xét điều kiện ở áp suất 2 bar, vận tốc 2 m/s với góc tấn 5o thì trên mỗi cánh, lực dằn cần có là 125 N. Để bù đắp với hiệu ứng từ thân cũng như các yếu tố khác, giá trị lực dằn cánh cần có sẽ được lựa chọn 130 N (trên mỗi cánh). b. Tính toán hệ số Reynold và hệ lực tác động Hệ số Reynold là đại lượng không thứ nguyên biểu thị mối quan hệ giữa vận tốc và độ nhớt chất lỏng. Hệ số Reynold đóng vai trò quan trọng trong việc phân loại dòng chảy, và được tính toán theo công thức [3]:  vl vl Re   (1)   Trong đó: Re là hệ số Reynold; v là vận tốc của dòng chất lỏng (m/s);  là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3); l là chiều dài dây cung trung bình (m);  là độ nhớt động lực học (N.s/m2);  là độ nhớ động học ((m2/s)*10-6). Với thông số nhiệt độ ở 20oC, độ nhớt động lực học có giá trị , độ nhớt động học có giá trị , ta có: vl 2.0, 242 Re    482312  500000 (2)  1, 0035.106 Như vậy, hệ số Reynold xấp xỉ 500.000, trong tính toán và nhập thông số mô phỏng, nhóm nghiên cứu đã chọn hệ số Reynold là 500.000. Cân nhắc giữa 03 kiểu biên dạng: Profile đối xứng 0009, Profile NACA 2412 và Profile Eppler 423, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn được hình dạng, kích thước và giải pháp lắp ráp, điều chỉnh góc tấn cho PTNKNL, qua mô phỏng lý thuyết và thử nghiệm thực tế, kết quả khả quan và ổn định. H nh . Mô hình cánh lái. 3. THỬ NGHIỆM, THẢO LUẬN 3.1. Thử kín nước và thử áp lực Phần thân vỏ PTNKNL đã được thử kín, thử áp lực bằng phương pháp tạo áp suất tương đương trong buồng áp lực, nén đến áp lực bằng hai lần áp suất thiết kế (20 bar) trong khoảng thời gian 5 giờ. 3.2. Thử chức năng PTNKNL đã được thử chức năng theo hai giai đoạn: thử trong hồ nước ngọt và thử nghiệm trên biển. Các bài thử trên thực địa tập trung vào: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 71, 02 - 2021 171
Thông tin khoa học công nghệ a. Sự cân bằng: cân bằng tĩnh, cân bằng động; b Hoạt động theo các chế độ thiết kế: ĐỘC LẬP, BÁN TỰ ĐỘNG, THỦ CÔNG, SỰ CỐ; c. Thời gian hoạt động liên tục: lớn hơn 3 giờ ở tốc độ 3 hải lý/giờ; d. Hành trình độc lập theo quỹ đạo đặt trước: thay đổi hướng, độ sâu hành trình tự động hoặc theo chương trình; e. Thử nghiệm chức năng làm mục tiêu thủy âm. 3.3. Kết quả thử nghiệm và bình luận Sau thời gian kiểm tra, PTNKNL không bị rò và ngấm nước, không có biến dạng, đáp ứng đúng chỉ tiêu thiết kế. Các tính toán mô phỏng và các thông số lựa chọn cơ bản sát với thực tế sản phẩm được tạo ra, ít phải hiệu chỉnh. PTNKNL đã đạt được yêu cầu các bài kiểm tra, hoạt động tin cậy và đáp ứng được tính năng kỹ-chiến thuật đã xây dựng. 4. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày về quá trình tính toán lựa chọn tuyến hình PTNKNL sử dụng cho một số mục đích đặc thù của Hải quân. Sản phẩm đã được phát triển theo các giai đoạn: thiết kế, mô phỏng và thử nghiệm mô hình và thực tế, đáp ứng đặc tính kỹ-chiến thuật đề xuất. Sự hỗ trợ của các phần mềm tính toán thiết kế mạnh như AnSys, MaxSurf,… đã hỗ trợ và giúp giảm chi phí rất nhiều cho việc thử mô hình, hiệu chỉnh thiết kế. Kết quả nghiên cứu bước đầu khẳng định khả năng làm chủ quy trình thiết kế và thi công các thiết bị dưới nước hoạt động ở độ sâu đến 100m và mở ra bước tiếp cận mới trong việc thiết kế, chế tạo PTNKNL đặc thù phục vụ dân sinh và lĩnh vực quân sự. Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn sự giúp đỡ về ý tưởng khoa học của TS Dương Minh Hải và dữ liệu của Nhóm đề tài cấp BQP: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo phương tiện ngầm không người lái phục vụ huấn luyện săn, chống ngầm của Quân chủng Hải quân”. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. David Goodman, “Giá trị và triển vọng của phương tiện ngầm không người lái và phương tiện ngầm tự hoạt động”, Naval Forces, số 3/2004. [2]. Lyle Goldstein; Shannon Knight, “Lai vô ảnh khứ vô hình – Trung Quốc lặng lẽ ưu tiên phát triển phương tiện ngầm không người lái”, Proceedings, số 4/2010, trang 30-35. [3]. A. Sommerfeld, “Ein Beitrag zur hydrodynamischen Erklärung der turbulenten Flüssigkeitsbewegungen”, page 116-124, Rome: Accademia dei Lince1909. ABSTRACT ENGINEERING AND SELECTING LINES FOR UNMANNED UNDERWATER VEHICLES (UUV) Engineering and selecting lines for Unmanned Underwater Vehicle (UUV), especially those operating at depths up to 100 m, serving the Navy's special missions, have a crucial role. The results of the process are decisive in the first stage of designing and manufacturing this particular UUV. In this article, the results of calculating and selecting lines using the simulation method, model selection, and product testing are presented. Keywords: Designing underwater unmanned vehicle (UUV); Engineering and selecting lines; Underwater unmanned vehicle; Lines. Nhận bài ngày 16 tháng 11 năm 2020 Hoàn thiện ngày 16 tháng 12 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 02 năm 2021 Địa chỉ: Viện Kỹ thuật Hải quân. *Email: thanhchinhvkthq@gmail.com. 172 N. T. Chinh, V. Đ. Vinh, “Tính toán lựa chọn … phương tiện ngầm không người lái.”

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.