Xây dựng những bài bay cơ bản xác định một số tham số khí động cho khí bay trong giai đoạn thử nghiệm mẫu

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> XÂY DỰNG NHỮNG BÀI BAY CƠ BẢN XÁC ĐỊNH<br /> MỘT SỐ THAM SỐ KHÍ ĐỘNG CHO KHÍ CỤ BAY<br /> TRONG GIAI ĐOẠN THỬ NGHIỆM MẪU<br /> Mai Duy Phương1*, Phạm Vũ Uy2<br /> Tóm tắt: Đo lường, kiểm chứng, thử nghiệm mẫu là công việc bắt buộc trong<br /> quy trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sản phẩm. Mục đích của việc kiểm chứng<br /> thử nghiệm mẫu là xác định các tham số làm việc của sản phẩm mẫu, một trong<br /> những mục đích của quy trình thử nghiệm mẫu khí cụ bay (KCB) là xác định các<br /> tham số khí động. Những tham số khí động của mẫu chế tạo là những số liệu được<br /> đo đạc, kiểm chứng đầu tiên và cần phải được xác định chính xác. Vì vậy, bài báo<br /> này xây dựng một số bài bay cơ bản kết hợp với những phương pháp tính toán để<br /> xác định một số tham số khí động đối với KCB trong giai đoạn thử nghiệm. Kết<br /> quả của bài báo có thể được ứng dụng để xây dựng thành quy trình thử nghiệm<br /> mẫu KCB sau chế thử nhằm mục đích nâng cao tính ổn định và chất lượng điều<br /> khiển cho KCB.<br /> Từ khóa: Khí cụ bay, Tham số khí động.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Song song với việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo KCB là công việc xây dựng<br /> quy trình thử nghiệm sản phẩm mẫu KCB sau chế tạo. Quy trình kiểm chứng thử<br /> nghiệm mẫu không những chỉ đơn thuần là việc quan sát định tính khả năng làm<br /> việc hay hoạt động của sản phẩm mà còn yêu cầu phải đo đạc được các tham số<br /> làm việc của sản phẩm đó một cách chính xác, thông qua các thiết bị kỹ thuật đo<br /> lường và phương pháp xử lý số liệu đo đạc để đánh giá chất lượng của sản phẩm.<br /> Bay thử là công việc được thực hiện trong giai đoạn thử nghiệm mẫu KCB sau<br /> chế thử. Một trong những mục đích của việc bay thử là đó là xác định các tham số<br /> khí động (TSKĐ) đối với mẫu KCB, từ đó hiệu chỉnh TSKĐ đã tính toán theo lý<br /> thuyết, đây cũng là một công việc cần được thực hiện để hỗ trợ việc xác định các<br /> tham số điều khiển nhằm nâng cao tính ổn định và chất lượng điều khiển cho KCB.<br /> Trong nội dung bài báo này, chúng tôi đưa ra một số bài bay thử nghiệm chuẩn<br /> phục vụ công việc thử nghiệm mẫu KCB, thông qua kết quả đo đạc trong quá trình<br /> bay thử nghiệm mẫu, kết hợp với mô hình vật lý của những bài bay đó và phương<br /> pháp toán học, xác định TSKĐ thực tế của KCB.<br /> 2. BÀI TOÁN<br /> Tham số quỹ đạo (TSQĐ) phản ánh đặc tính khí động của KCB trong quá trình<br /> chuyển động thể hiện bằng các TSKĐ. Về bản chất TSKĐ và TSQĐ có liên quan<br /> chặt chẽ với nhau. Những TSQĐ được đo đạc, xác định trong quá trình thử nghiệm<br /> mẫu. Để có thể xác định TSKĐ thông qua các TSQĐ, cần làm rõ mối quan hệ giữa<br /> TSKĐ và TSQĐ của KCB. Ta nhận thấy mối quan hệ đó thông thường tồn tại<br /> trong 2 vấn đề sau đây:<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 349<br />  Cơ học & Điều khiển thiết bị bay<br /> <br /> - Trong quá trình tính toán lý thuyết, cần giải bài toán chuyển động của KCB<br /> trong không gian. Các TSKĐ là đầu vào của bài toán này và kết quả nhận được là<br /> TSQĐ của KCB theo tính toán lý thuyết. Như vậy, mối quan hệ giữa TSKĐ và<br /> TSQĐ trong bài toán này là theo chiều thuận.<br /> - Trong quá trình thực nghiệm, có thể đo đạc được các TSQĐ của KCB và ghi<br /> lại theo thời gian thực. Để xác định TSKĐ thông qua TSQĐ trên cơ sở bài toán<br /> chuyển động của KCB trong không gian và TSQĐ thực nghiệm ta cần xác lập mối<br /> quan hệ theo chiều ngược lại – tức là cần phải xây dựng một chuỗi các bài toán<br /> ngược có dữ liệu đầu vào là TSQĐ và kết quả là TSKĐ.<br /> Quá trình thực nghiệm, không thể xác định trực tiếp được các thành phần lực<br /> và momen khí động - đây là nhóm tham số động lực học (ĐHL). Tuy nhiên, bằng<br /> cách ứng dụng phương pháp giải bài toán ngược của KCB trong không gian[1] từ<br /> các TSQĐ đó, có thể xác định được 6 giá trị lực và momen khí động tổng hợp tác<br /> động lên KCB Xa, Ya, Za, Mx, My, Mz tại từng thời điểm chuyển động.<br /> Việc biến đổi các TSQĐ về các tham số ĐLH làm cho việc khảo sát quan hệ<br /> giữa các TSKĐ và các TSQĐ thuận tiện hơn, 6 tham số ĐHL cũng là sự phản ánh<br /> đặc tính khí động tương đương như các tham số quỹ đạo nhưng 6 tham số ĐLH<br /> còn thể hiện rõ ràng quan hệ của chính nó với các TSKĐ thông qua hệ phương<br /> trình tổng quát sau:<br />  V2<br />  aX   C x0  C <br /> x . <br />  <br /> 2<br /> S<br /> <br />     CLDC z ba  V 2<br /> Y <br />  a  y0 C  C .  C .  C . .  S<br /> V  2<br /> y y CLDC y z<br />  <br />  V2<br />  aZ  C <br /> z .  C  CLH<br /> z . <br /> CLH <br /> 2<br /> S (1)<br /> <br />  2<br /> M x  mx CL . CL  mx CLH . CLH  mx .  mx x . x . ba   V S .b a<br />   V  2<br /> <br /> ba  V 2<br /> M  m CLH .<br />  y  y CLH  m y<br /> <br /> .  m x<br /> y . x  m<br /> y<br /> y .<br />  y <br /> V  2<br /> S .b a<br /> <br /> M  m  m CLDC .  z ba  V 2<br />  CLDC  m z .  m z . z .  S .b a<br /> V  2<br /> z z0 z<br />  <br /> Ý nghĩa các hệ số của hệ phương trình (1) tham khảo tài liệu [2,4].<br /> Bài toán đặt ra đó là: giải hệ phương trình (1) để xác định các TSKĐ thông qua<br /> các tham số quỹ đạo đo đạc được từ thực nghiệm theo thời gian thưc gồm có 3<br /> tham số tọa độ vị trí và 3 tham số góc của KCB trong không gian: x, y, z, ψ,  , γ.<br /> Để thuận tiện cho việc khảo sát và giải bài toán trên, giả thiết:<br /> - Xây dựng và giải bài toán trên một đối tượng cụ thể: KCB dạng cánh bằng,<br /> tốc độ chuyển động M < 0.5.<br /> - Bỏ qua ảnh hưởng của các thành phần momen và lực nâng do tác động quay<br /> của cánh quạt. Lực đẩy động cơ trong các điều kiện chuyển động coi như đã biết.<br /> - Bỏ qua sự ảnh hưởng của gió, nhiễu động của môi trường và giả thiết không<br /> có nhiễu động của hệ thống đo đạc các TSQĐ trong quá trình thực nghiệm.<br /> <br /> <br /> 350 M.D. Phương, P.V. Uy, “Xây dựng những bài bay … trong giai đoạn thử nghiệm mẫu.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> 3. MỘT SỐ NHẬN XÉT VÀ NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA BÀI TOÁN<br /> Xem xét hệ phương trình (1) ta thấy:<br /> - Tất cả các TSKĐ – là các tham số cần tìm đều xuất hiện trong hệ phương<br /> trình nhưng mỗi tham số chỉ xuất hiện duy nhất trong 1 phương trình<br /> - Các TSKĐ trong các phương trình độc lập với nhau, chỉ phụ thuộc chung vào<br /> trạng thái chuyển động của KCB.<br /> - Số các TSKĐ xuất hiện nhiều hơn số phương trình. Vậy nếu xét về mặt toán<br /> học đơn thuần thì đây là hệ phương trình không thể giải được. Tuy nhiên ta nhận<br /> thấy một số đặc điểm sau đây:<br /> - Việc giải hệ phương trình này để xác định các TSKĐ là một quá trình giải<br /> ngược so với quá trình tính toán lý thuyết.<br /> - Các TSKĐ có quy luật biến đổi riêng của nó, đôi khi là các hằng số hoặc có<br /> thể là các hàm liên tục phụ thuộc vào một vài tham số chuyển động; ví dụ hệ số lực<br /> cản Cx hay hệ số lực nâng Cy là hàm phụ thuộc vào góc tấn α… Chính việc này<br /> làm cho hệ phương trình trở nên đơn giản hơn nhiều so với việc cô lập chỉ xem xét<br /> trên phương diện toán học.<br /> - Trong điều kiện chuyển động phức tạp thì hệ phương trình trên rất khó giải,<br /> hơn nữa, các tham số không đơn thuần xuất hiện trong hệ phương trình một cách<br /> độc lập mà có những quan hệ đan chéo nhau theo trạng thái chuyển động của KCB.<br /> - Có thể đo đạc những TSQĐ trong các điều kiện chuyển động khác nhau. Do<br /> đó để xác định các TSKĐ phải phân loại thành các dạng chuyển động đặc trưng.<br /> Vì vậy, để giải được hệ phương trình này, ta cần khái quát các điều kiện<br /> chuyển động của KCB để từ đó phân chia thành các trường hợp chuyển động<br /> riêng, nói cách khác đó là việc chia nhỏ và đơn giản hóa bài toán tổng quát. Vì vậy,<br /> cần phải xây dựng các bài bay cơ bản để khảo sát các trường hợp chuyển động đơn<br /> giản. Chính những chuyển động đơn giản này tương đương với một hệ phương<br /> trình suy biến cho phép xác định các tham số khí động dễ dàng hơn, mặt khác vẫn<br /> đảm bảo tính tổng quát cho hệ phương trình. Về mặt toán học, các trường hợp<br /> chuyển động đơn giản là nghiệm biên của bài toán chuyển động phức tạp. Khi đã<br /> giải được bài toán trong các điều kiện chuyển động biên, có thể xác định các<br /> nghiệm lân cận theo những giá trị biên đó, và đây cũng chính là các chuyển động<br /> phức tạp của KCB.<br /> 4. XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI BAY CƠ BẢN<br /> Ta cần thực hiện theo quy tắc khảo sát hệ phương trình này như sau:<br /> - Khảo sát những dạng chuyển động đặc biệt như chuyển động ổn lập, chuyển<br /> động theo từng kênh riêng.<br /> - Khảo sát các dạng chuyển động từ đơn giản đến phức tạp.<br /> Sau đây, ta xét một số dạng chuyển động đặc biệt của KCB.<br /> 4.1. Chuyển động dọc tĩnh của KCB<br /> Trong động học bay, các khái niệm cân bằng tĩnh và ổn định tĩnh đóng vai trò<br /> quan trọng. Trạng thái cân bằng của KCB đặc trưng bởi tổng mô men của các lực<br /> tương đối so với trọng tâm khi  z      0 . Chế độ cân bằng tĩnh tạo ra chế<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 351<br />  Cơ học & Điều khiển thiết bị bay<br /> <br /> độ bay thẳng ổn định. Đặc điểm của chuyển động này là tốc độ, độ cao không đổi<br /> và các thành phần góc quỹ đạo không đổi[4].<br /> Đối với hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của KCB, hoàn toàn có thể<br /> thiết lập được từ hệ phương trình tổng quát, tuy nhiên mục đích của việc xem xét<br /> dạng chuyển động này để khảo sát các thành phần lực khí động nên ta chỉ cần xác<br /> định các thành phần lực từ hệ phương trình (1). Xét hệ phương trình (1) ta thấy:<br /> Lực dạt sườn Za = 0; Các phương trình momen trong hệ (1) triệt tiêu.<br /> Ta nhận được hệ phương trình đơn giản sau đây:<br />  V2<br />  <br />  X a  C x 0  C x . <br /> 2<br /> S<br /> <br />      ba  V 2<br /> Ya  C y 0  C y .  C y CLDC . CLDC  C y z . z .   S (2)<br />   V  2<br /> M  m  m CLDC . <br /> CLDC  m z .<br />  z z0 z<br /> <br /> <br /> Như vậy, từ việc khảo sát dạng chuyển động ổn định dọc tĩnh ta có thể khảo sát<br /> độc lập 3 phương trình trên để xác định các tham số khí động xuất hiện trong các<br /> phương trình đó. Trình tự thực hiện như sau:<br /> - Tham số lực nâng C y 0 được xác định trong điều kiện chuyển động dọc tĩnh<br /> có góc tấn α = 0 và  CLĐL = 0:<br /> 2Ya<br /> C y0  (3)<br /> V 2 S<br /> - Tham số C x 0 xác định trong điều kiện chuyển động dọc tĩnh có góc tấn α = 0.<br /> - Tham số C x xác định trong điều kiện chuyển động dọc tĩnh có các góc α # 0.<br /> b<br /> Chú ý thành phần C y z . z . a  0 do chuyển động ổn định dọc tĩnh ωz = 0.<br /> V<br /> Viết lại phương trình thứ 2 của hệ phương trình (2):<br /> V2<br /> <br /> Ya  C y 0  C y .  C yCLDC . CLDC  2<br /> S (4)<br /> <br /> Đến đây ta thấy trong phương trình (4) có 2 biến C y và C y CLDC nhưng chỉ có<br /> duy nhất 1 phương trình. Những trường hợp duy nhất một phương trình nhưng có<br /> nhiều biến số thì cần xác định thêm những điều kiện ràng buộc hoặc những tính<br /> chất của tham số khí động xuất hiện trong các phương trình đó để có thể giải được.<br /> Theo những nghiên cứu về hệ số lực nâng đối với KCB có tốc độ M < 0.5 thì ảnh<br /> hưởng của tính chịu nén của chất khí coi như không đáng kể và môi trường không<br /> khí không có tính chịu nén[2]. Như vậy có thể xem các hệ số đạo hàm khí động:<br /> C y<br /> C y   hằng số (5)<br /> <br /> C y<br /> C y CLDC   hằng số (6)<br />  CLDC<br /> <br /> <br /> <br /> 352 M.D. Phương, P.V. Uy, “Xây dựng những bài bay … trong giai đoạn thử nghiệm mẫu.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> - Để xác định các hệ số lực nâng C y và C y CLDC là hằng số và đã biết C y 0 , cần<br /> khảo sát ít nhất 2 trường hợp chuyển động dọc tĩnh:<br /> - Trường hợp α = 0 và δ ≠ 0<br /> - Trường hợp α ≠ 0 và δ = 0<br /> - Để có thể xác định phạm vi biến thiên của các tham số khí động C y và C y , CLDC<br /> <br /> <br /> <br /> cần thực nghiệm các đường bay dọc tĩnh với các góc α và  CLDC khác nhau.<br /> Chú ý phương trình (3) của hệ phương trình (2), đây là phương trình có 3 ẩn số,<br /> vì vậy để xác định được các tham số momen khí động ta cần thiết lập được một hệ<br /> phương trình với 3 bộ số liệu thử nghiệm trong điều kiện chuyển động dọc tĩnh<br /> khác nhau. Việc giải hệ phương trình này hoàn toàn đơn giản.<br /> M z  mz 0  mz CLDC . CLDCi  mz . i  0 với i  1...3 (7)<br /> Như vậy, trong trường hợp thử nghiệm chuyển động dọc tĩnh, ta có thể xác<br /> định được các tham số khí động: C x 0 , C x , C y 0 , C y , C y CLDC , mz 0 , mz CLDC , mz .<br /> 4.2. Chuyển động dọc của KCB<br /> Chuyển động dọc của KCB là chuyển động chỉ xảy ra trong một mặt phẳng<br /> thẳng đứng, tức là mặt phẳng quỹ đạo Oxkyk của hệ tọa độ (HTĐ) quỹ đạo trùng<br /> với mặt phẳng Ox0y0 của HTĐ mặt đất cố định. Để xảy ra chuyển động trong một<br /> mặt phẳng như vậy, cần có những điều kiện: KCB có mặt phẳng đối xứng Oxy<br /> trùng với mặt phẳng Ox0y0, ngoại lực tác dụng cũng chỉ nằm trong mặt phẳng Oxy<br /> của HTĐ liên kết[3]. Dạng chuyển động này thường gặp khi KCB cơ động thay<br /> đổi độ cao bằng cách thay đổi cánh lái độ cao. Lúc này ta nhận được bài toán phức<br /> tạp hơn trường hợp thứ nhất. Để khảo sát các thành phần lực và momen trong<br /> trường hợp này, ta viết lại hệ phương trình (1) đơn giản hơn như sau:<br />  V2<br />  <br />  X a  C x 0  C x . <br /> 2<br /> S<br /> <br />      ba  V 2 (8)<br /> Ya  C y 0  C y .  C y CLDC . CLDC  C y z . z .   S<br />   V 2<br />   b  V2<br /> M z  m z 0  mz CLDC . CLDC  mz .  mz z . z . a   S.b a<br />   V 2<br /> Một điều thuận lợi khi khảo sát lần lượt các bài toán đó là ta có thể thừa kế<br /> những kết quả nhận được từ việc khảo sát những bài bay trước đó. Trong hệ<br /> phương trình này, các hệ số lực cản, lực nâng được xem là các thành phần đã biết<br /> khi khảo sát bài bay chuyển động dọc tĩnh, do đó ta không cần xác định lại các<br /> tham số này nữa.<br /> Phương trình (2) của hệ phương trình (8) khác với phương trình (4) vì xuất<br /> b<br /> hiện tham số C y z trong đại lượng C y z . z . a . Rõ ràng sự xuất hiện của đại lượng<br /> V<br /> này làm tăng tính phức tạp cho bài toán, tuy nhiên đây lại là những tham số bộc lộ<br /> ngay những tính chất đặc trưng trong mỗi dạng chuyển động và đây cũng là những<br /> TSKĐ cần xác định.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 353<br />  Cơ học & Điều khiển thiết bị bay<br /> <br /> Như vậy, sau khi xác định các TSKĐ trong bài bay ổn định dọc tĩnh, kết hợp<br /> với bài bay chuyển động dọc với các tốc độ quay quanh tâm khối  z khác nhau ta<br /> xác định được C y z và mz z .<br /> 4.3. Chuyển động cạnh của KCB<br /> Chuyển động cạnh của KCB là chuyển động chủ yếu theo góc nghiêng γ và<br /> góc hướng ψ trong mặt phẳng “xấp xỉ” nằm ngang (có nghĩa là độ cao H coi như<br /> không đổi). Chuyển động cạnh của KCB bao gồm 2 chuyển động có những mối<br /> liên hệ đan chéo nhau rất khó tách riêng. Ngoài ra, giả thiết H ≈ hằng số vì khi góc<br /> γ ≠ 0 thì độ cao sẽ thay đổi tuy chỉ rất ít[2]. Điều kiện chuyển động cạnh như sau:<br /> - Độ cao không đổi.<br /> - Tốc độ góc ωx = 0; ωy không đổi.<br /> Phương trình lực và momen đối với chuyển động cạnh của KCB:<br />  V2<br />    CLH<br /> <br /> Z a  C z .  C z . CLH  2 S<br /> <br />  (9)<br /> ba  V 2<br /> M  m CLH .<br />  y  y CLH  m <br /> y . <br />  m x<br /> y . x  m<br /> y<br /> y .<br />  y  S .b a<br /> V  2<br /> Hoàn toàn tương tự như trường hợp chuyển động dọc của KCB, ta nhận thấy<br /> để giải được hệ phương trình thực nghiệm (9) cần phải xác định số trường hợp thử<br /> nghiệm chuyển động cạnh bằng số biến số xuất hiện trong từng phương trình.<br /> Từ đó ta thiết lập các hệ phương trình và xác định được các TSKĐ trong các<br /> phương trình đó. Cần chú ý là để xác định các TSKĐ theo phương pháp này thì các<br /> TSKĐ đó phải là tham số hằng số.<br /> Bằng việc khảo sát bài bay chuyển động cạnh của KCB, ta xác định được các<br /> <br /> TSKĐ sau: C z , C z CLH , my CLH , m y , m y y .<br /> 4.4. Phương pháp thiết lập các dạng chuyển động<br /> Để thiết lập các bài bay nói trên, ta cần thực hiện điều khiển KCB ở chế độ<br /> ôtônôm, đây là một chế độ bay tự động theo một chương trình định trước. Việc duy<br /> trì chế độ ôtônôm được thực hiện thông qua các vòng điều khiển. Cho đến nay, các<br /> thuật toán hiện đại, máy tính trên khoang đã cho phép thực hiện chế độ bay ôtônôm<br /> với nhiều vòng điều khiển, có thể duy trì các tín hiệu  * , * ,  * , H * theo chương<br /> trình định trước[2] (ký hiệu (*) là các giá trị cài đặt đầu vào cho các bộ điều<br /> khiển).<br /> Như vậy, với các bài bay đã nêu ra, cần xây dựng các chế độ điều khiển tương<br /> ứng bằng cách thiết lập một hay nhiều tín hiệu điều khiển nói trên để duy trì quỹ<br /> đạo mong muốn. Tuy nhiên, cần chú ý những điểm sau đây:<br /> - Quá trình chuyển động của KCB được điều khiển bởi các góc cánh lái  CLH ,<br />  CL ,  CLDC và lực đẩy P. Để duy trì hay thiết lập chế độ bay cho kênh nào thì cần<br /> một vòng điều khiển cho kênh đó.<br /> - Quan hệ góc giữa các HTĐ liên kết (gắn cảm biến đo các góc...), HTĐ quỹ<br /> đạo, và HTĐ mặt đất cục bộ thông qua các góc được biểu diễn bằng hệ phương<br /> trình lượng giác[1]. Bằng việc chuyển đổi như vậy, có thể khảo sát các thành phần<br /> góc xuất hiện trong hệ phương trình (1) thông qua các tín hiệu  * , * ,  * , H * .<br /> <br /> <br /> 354 M.D. Phương, P.V. Uy, “Xây dựng những bài bay … trong giai đoạn thử nghiệm mẫu.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Đây cũng chính là yêu cầu đối với hệ thống thực tế trong thử nghiệm: hệ thống<br /> đó cho phép thực hiện quá trình điều khiển trực tiếp trong quá trình bay, đồng thời<br /> có hệ thống cảm biến đo đạc các TSQĐ theo thời gian thực cũng như máy tính trên<br /> khoang để giải quyết các bài toán đại số. Đương nhiên, để xây dựng được chương<br /> trình tính toán trên mô hình thử nghiệm ảo trong phòng thí nghiệm thì hệ thống<br /> cũng phải thực hiện được những yêu cầu trên.<br /> 5. MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ KIỂM CHỨNG PHƯƠNG PHÁP<br /> Thông qua 3 bài bay thử nghiệm nêu ra, ta đã xác định được hầu hết các TSKĐ<br /> của KCB. Để kiểm chứng phương pháp xác định các TSKĐ theo phương pháp<br /> trên, cần phải xây dựng quy trình kiểm tra đánh giá kết quả thông qua một mô hình<br /> lý thuyết. Đối với việc kiểm chứng phương pháp, ta không quan tâm đến độ chính<br /> xác của các TSKĐ trong mô hình lý thuyết mà chỉ quan tâm đến sai số giữa TSKĐ<br /> trong mô hình lý thuyết với TSKĐ nhận được theo những phương pháp đã nêu ra.<br /> Trong mô hình lý thuyết được mô tả thì KCB và các TSKĐ là đầu vào để giải<br /> bài toán động lực học chuyển động của KCB kết hợp với các bài bay lý thuyết đã<br /> xây dựng, nhận được kết quả là các TSQĐ, từ đó xác định các tham số ĐLH thông<br /> qua phương pháp giải bài toán ngược[1] và xác định các TSKĐ thông qua bài bay<br /> thử nghiệm theo những phương pháp đã được xây dựng nêu trên.<br /> Bài bay lý thuyết<br /> <br /> Mô hình Tham số khí Giải bài toán Tham số quỹ<br /> KCB động lý thuyết ĐLH CĐ đạo<br /> <br /> <br /> Đánh giá kết quả Xác định các TSKĐ Lực và<br /> xác định TSKĐ theo các bài bay momen<br /> <br /> Hình 1. Đánh giá kết quả xác định TSKĐ trên mô hình lý thuyết.<br /> Mô hình kiểm chứng là máy bay IRKUT 70V có các tham số đầu vào sau đây:<br /> Khối lượng m = 55.0 kg;<br /> Momen quán tính: Jx = 5.2 kg.m2; Jy = 33.8 kg.m2; Jz = 31.3 kg.m2;<br /> Dây cung cánh ba = 0.35 m; Diện tích cánh S = 1.05 m2;<br /> TSKĐ lý thuyết của mô hình máy bay IRKUT 70V trong hình 2 và bảng 1.<br /> Lực đẩy động cơ P là hàm phụ thuộc các tham số: tốc độ chuyển động (V), tốc<br /> độ quay động cơ(Vi), độ cao (H)… tham khảo trong tài liệu [3].<br /> Thực hiện 3 bài bay cơ bản theo trình tự như trên, nhận được các TSKĐ thực<br /> nghiệm. So sánh kết quả giữa TSKĐ lý thuyết và TSKĐ thực nghiệm như sau:<br /> Bảng 1. Bảng kết quả kiểm chứng xác định TSKĐ trên mô hình lý thuyết.<br /> TSKĐ TSKĐ TSKĐ TSKĐ<br /> TSKĐ TSKĐ<br /> lý thuyết thực nghiệm lý thuyết thực nghiệm<br /> Cx0 0.0416 0.0418 mz 0 0.013 0.013<br /> Cy0 0.0118 0.01176 mz CLDC -2.214 -2.258<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 355<br />  Cơ học & Điều khiển thiết bị bay<br /> <br /> C y CLDC 0.6126 0.6132 mz z -16.23 -16.11<br /> C y z 28.47 28.42 my CLH -0.887 -0.881<br /> <br /> C z CLH 0.012 0.012 my y -9.537 -9.549<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a. b.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> c. d.<br /> Hình 2. Đồ thị kết quả kiểm chứng xác định TSKĐ trên mô hình lý thuyết<br /> a. b. c. Các hệ số lực cản, lực nâng và lực dạt sườn.<br /> d. Hệ số momen My với góc tấn α = 8o<br /> <br /> Sai số giữa các TSKĐ lý thuyết và TSKĐ thực nghiệm được xác định theo<br /> phương pháp xây dựng các bài bay cơ bản gần như rất nhỏ (nhỏ hơn 0.1%). Đây là<br /> những sai số mắc phải do phương pháp tính và sai số chủ yếu do kết quả nhận<br /> được là các tham số ĐLH khi giải hệ phương trình động lực học ngược chuyển<br /> động của KCB.<br /> Ta thấy sai số 0.1% kết quả xác định các TSKĐ trong bài báo này nhỏ hơn sai<br /> số 3% đối với việc các định các tham số động lực học trong tài liệu [1]. Tuy nhiên,<br /> cần chú ý rằng điều kiện chuyển động trong phạm vi bài báo này đề cập khác với<br /> tài liệu [1] đưa ra đó là ta chỉ khảo sát các chuyển động đặc biệt của khí cụ bay<br /> thông qua những bài bay cơ bản, do đó chỉ có một khâu điều khiển (gồm các khâu<br /> điều khiển các cánh lái và lực đẩy động cơ) tham gia tác động để khảo sát chuyển<br /> động mong muốn, các khâu còn lại nhằm duy trì chuyển động cho khí cụ bay được<br /> các bộ điều khiển thiết lập về trạng thái ổn định.<br /> <br /> <br /> 356 M.D. Phương, P.V. Uy, “Xây dựng những bài bay … trong giai đoạn thử nghiệm mẫu.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Vậy, rõ ràng việc thiết lập các bài bay cơ bản như bài báo đã nêu ra không<br /> những giúp cho bài toán trở nên đơn giản, dễ giải hơn, quá trình thực nghiệm thuận<br /> tiện hơn mà còn làm giảm đáng kể sai số kết quả tính toán trong phương pháp tính<br /> mắc phải.<br /> 6. KẾT LUẬN<br /> Bằng việc xây dựng những bài bay cơ bản và phương pháp toán học, đã xác<br /> định một số TSKĐ của KCB. Việc ứng dụng thuật toán ngược để tính toán các<br /> tham số ĐLH, đồng thời phân chia thành những dạng chuyển động đặc biệt như<br /> chuyển động ổn lập, chuyển động theo từng kênh tạo ra các dạng phương trình<br /> chuyển động đặc trưng, thông qua đó, dễ dàng xác định các TSKĐ. Riêng đối với<br /> bài bay trong trường hợp chuyển động có góc nghiêng γ ≠ 0 là chuyển động có sự<br /> đan chéo giữa các TSKĐ và không thể tách rời thành các chuyển động theo từng<br /> kênh riêng sẽ được nghiên cứu trong một báo cáo khác.<br /> Với phương pháp này, có thể phát triển và xây dựng thêm một số dạng chuyển<br /> động để xác định các TSKĐ còn lại hoặc đánh giá, kiểm chứng những TSKĐ trong<br /> tính toán lý thuyết với TSKĐ thực nghiệm bằng chính những hệ phương trình đặc<br /> trưng đối với từng dạng chuyển động mà trong thực nghiệm có thể đo đạc được.<br /> Chuỗi biến đổi ngược từ TSQĐ – tham số ĐLH – xác định TSKĐ được kiểm<br /> chứng trên mô hình lý thuyết của một loại KCB đạt độ chính xác tương đối cao,<br /> làm cơ sở tin cậy để có thể ứng dụng trong việc xác định TSKĐ cho một số loại<br /> KCB khác.<br /> Việc kết hợp phương pháp giải ngược hệ phương trình động lực học chuyển<br /> động của KCB xác định các thành phần lực và momen[1] và phương pháp giải<br /> ngược xác định các TSKĐ cho KCB bằng cách xây dựng các bài bay cơ bản mà<br /> nội dung bài báo đã nêu ra thiết lập một phương pháp luận không những để xác<br /> định các TSKĐ của KCB mà còn có thể xác định các tham số, đại lượng vật lý cho<br /> những hệ thống hoặc đối tượng mà có thể mô tả quá trình dưới dạng toán học<br /> thông qua một hệ phương trình vi phân theo thời gian thực và cho phép đo đạc<br /> được những tham số làm việc trong quá trình thử nghiệm.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> [1]. Mai Duy Phương, Phạm Vũ Uy,“Xây dựng bài toán ngược xác định các<br /> thành phần lực và momen khí động của khí cụ bay tự động bằng phương<br /> pháp xử lý số liệu bay thử nghiệm”, TC Nghiên cứu KH&CNQS, Số 42, 04<br /> 2016.<br /> [2]. Nguyễn Đức Cương, “Mô hình hóa và mô phỏng chuyển động của khí cụ bay<br /> tự động”, NXB Quân đội nhân dân, 2002.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 357<br />  Cơ học & Điều khiển thiết bị bay<br /> <br /> [3]. Nguyễn Đức Cương, "Báo cáo kết quả hợp tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo<br /> mẫu tổ hợp máy bay không người lái dân dụng cỡ nhỏ để giám sát từ xa<br /> phục vụ các nhu cầu kinh tế - xã hội", Hội HKVT Việt nam, 2015.<br /> [4]. Лебедев А. А., Чернобровкич Л. С. "Дииамика полета беспилотных<br /> летательных аппаратов", Учебное пособие для вузов. Изд. 2 с,<br /> переработанное и доп. М., «Машиностроение», 1973, 616 с.<br /> <br /> <br /> ABSTRACT<br /> CREATE BASIC FLYING LESSONS FOR RESEARCHING FLYING VEHICLE<br /> AERODYNAMIC PARAMETERS IN EXPERIMENT<br /> <br /> Measurement and verification, sample test are required in the process of<br /> research, design and manufacture products. The purpose of the verification<br /> testing of samples is determined working parameters of the product, the<br /> purposes of the process in sample testing for flying vehicle is to determine the<br /> aerodynamic parameters. The aerodynamic parameters of the sample must be<br /> measurement exactly. In this paper, we create some basic flying lessons and<br /> combine with computational methods to identify a number of aerodynamic<br /> parameters for flying vehicle in the testing period. The results of this paper can<br /> be used to build a process of testing samples with the purpose of improving<br /> quality control for flying vehicle.<br /> Keywords: Flying vehicle, Aerodynamic parameter.<br /> <br /> <br /> Nhận bài ngày 15 tháng 06 năm 2016<br /> Hoàn thiện ngày 20 tháng 08 năm 2016<br /> Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 09 năm 2016<br /> <br /> <br /> 1.<br /> Địa chỉ: Viện Khoa học công nghệ quân sự;<br /> *Email: mdphuong@yahoo.com.au<br /> 2.<br /> Học viện KTQS.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 358 M.D. Phương, P.V. Uy, “Xây dựng những bài bay … trong giai đoạn thử nghiệm mẫu.”<br />