Xây dựng phương pháp xác định đặc tính khí động của khí cụ bay làm cơ sở hiệu chỉnh theo các tham số chuyển động ghi được

Nội dung tài liệu: Xây dựng phương pháp xác định đặc tính khí động của khí cụ bay làm cơ sở hiệu chỉnh theo các tham số chuyển động ghi được

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ MAI DUY PHƯƠNG XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA KHÍ CỤ BAY LÀM CƠ SỞ HIỆU CHỈNH THEO CÁC THAM SỐ CHUYỂN ĐỘNG GHI ĐƯỢC Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9.52.01.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2018
2. CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Phạm Vũ Uy 2. GS. TSKH. Nguyễn Đức Cương Phản biện 1: GS. TSKH. Vũ Duy Quang Đại học Bách khoa Hà Nội Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Minh Xuân Học viện Kỹ thuật quân sự Phản biện 3: PGS. TS. Trịnh Hồng Anh Viện Khoa học và Công nghệ quân sự Luận án được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án tiến sĩ họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi giờ phút, ngày tháng năm 2018. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Thư viện Quốc gia Việt Nam
3. 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Xác định các đặc tính khí động (ĐTKĐ) của khí cụ bay (KCB) là công việc thực sự cần thiết. Là mục đích chung của nhiều đề tài nghiên cứu, thiết kế, chế tạo KCB. Xác định các ĐTKĐ của KCB một cách chính xác nhất từ những tham số chuyển động (TSCĐ) trong thực nghiệm ứng dụng cho công tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo KCB, hỗ trợ cải tiến, nâng cấp một số loại KCB trong trang bị là cần thiết. Mục đích của luận án: Xây dựng phương pháp xác định các ĐTKĐ của KCB từ những số liệu TSCĐ đo đạc trong quá trình thực nghiệm trên cơ sở mô hình toán học mô tả quá trình động lực học (ĐLH) chuyển động của KCB trong không gian. Nội dung nghiên cứu: Xây dựng mối quan hệ giữa những TSCĐ trong không gian với các ĐTKĐ của KCB thông qua những bài toán ngược. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu trên mô hình lý thuyết và áp dụng kết quả nghiên cứu xác định một số ĐTKĐ cho một loại KCB cụ thể. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Mô hình máy bay cánh bằng kinh điển, cánh cứng, có trang bị thiết bị động lực, các hệ số khí động (HSKĐ), các ĐTKĐ lý thuyết, các TSCĐ thực nghiệm, các tham số ĐLH và hệ phương trình (HPT) ĐLH chuyển động tổng quát của KCB trong không gian. Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp phương pháp nghiên cứu tính toán lý thuyết với kiểm chứng thực nghiệm. Ý nghĩa khoa học của luận án: Vận dụng những kiến thức tổng hợp. Đảm bảo chặt chẽ từ việc xây dựng ý tưởng, lập luận và diễn giải cho đến việc xây dựng chương trình và thuật toán. Ý nghĩa thực tiễn của luận án: Kết quả luận án có thể áp dụng
4. 2 đối với các đề tài trong nước đang thực hiện. Giải quyết những nhu cầu thực tiễn trong thử nghiệm, tạo ra một công cụ hỗ trợ tính toán, xử lý số liệu, mở rộng kiến thức về các phần mềm chuyên dụng và sử dụng chúng như một công cụ hữu ích, có độ tin cậy cao, chi phí thấp, nhanh chóng và hiệu quả. Luận án gồm phần mở đầu, kết luận, 4 chương được trình bày trong 124 trang và phần phụ lục. Chương 1. TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH ĐTKĐ CỦA KCB 1.1. Xác định ĐTKĐ trong quy trình thiết kế chế tạo thử nghiệm KCB Để nâng cao chất lượng điều khiển cần phải có phương pháp xác định một cách chính xác những ĐTKĐ thực của KCB - đây là công đoạn bắt buộc không thể bỏ qua với bất kỳ loại KCB nào. Hình 1.1. Quy trình thiết kế, chế tạo, thử nghiệm KCB Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm KCB được thực hiện theo một quy trình và chia làm nhiều giai đoạn. Việc xác định các ĐTKĐ của KCB đều được thực hiện trong toàn bộ quá trình trước, trong và sau khi chế tạo. Phương pháp xác định ĐTKĐ đối với mỗi loại KCB trong từng giai đoạn có thể khác nhau. Những luận điểm nêu trên khẳng định ý nghĩa, sự thiết yếu và tầm quan trọng của ĐTKĐ trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo KCB.
5. 3 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Đối với các nước tiên tiến trên thế giới, quá trình thiết kế, chế tạo KCB đã phát triển thành một nền công nghiệp. Cơ sở lý thuyết gồm có thiết kế, chế tạo, thử nghiệm kể cả nghiên cứu xác định các ĐTKĐ đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, đầy đủ. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu đối với KCB thường thuộc lĩnh vực quân sự quốc phòng nên rất ít công bố và phổ biến rộng rãi như một số ngành khoa học khác, đặc biệt là công nghệ, thuật toán, giải pháp và những kỹ thuật riêng 1.3. Tình hình nghiên cứu trên trong nước Đã có nhiều công trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo KCB. Tuy nhiên, do điều kiện cơ sở hạ tầng trong nước còn những hạn chế nên vấn đề nghiên cứu, tính toán và thiết kế chủ yếu dựa trên những công cụ, phương pháp tính toán kinh điển, đang ở giai đoạn đầu ứng dụng những công cụ mới. Đánh giá chung, các công trình nghiên cứu trong nước chưa thể hiện được cách giải quyết vấn đề theo hướng nghiên cứu của luận án. 1.4. Tổng quan các phương pháp xác định ĐTKĐ của KCB Phân loại phương pháp xác định ĐTKĐ của KCB thành 2 dạng: - Phương pháp tính toán lý thuyết: gồm có phương pháp giải tích và phương pháp số. - Phương pháp thử nghiệm: gồm có thử nghiệm mô hình trong ống khí động và bay thử nghiệm. 1.5. Những nghiên cứu xác định ĐTKĐ và hướng nghiên cứu của luận án Chưa có nhiều công trình nghiên cứu khoa học mang tính chất giải pháp, hệ thống, ứng dụng kỹ thuật công nghệ đo lường, áp dụng những công cụ tính toán hiện đại vào việc thực hiện, xây dựng một
6. 4 cơ sở tính toán xác định ĐTKĐ của KCB thông qua xử lý những TSCĐ đo đạc được trong quá trình làm việc, thử nghiệm, khai thác, sử dụng KCB. Hướng nghiên cứu của luận án: Những TSCĐ thực nghiệm là những tham số phản ánh thực chất những yếu tố vật lý của đối tượng, TSCĐ có thể đo đạc bởi những công cụ đo lường hiện đại, chúng hoàn toàn đơn giản như các góc, tọa độ không gian. Luận án lựa chọn phương pháp sử dụng các TSCĐ thực nghiệm kết hợp với mô hình toán học đó là bài toán ĐLH ngược chuyển động của KCB trong không gian để xác định các ĐTKĐ thực của KCB. Để thực hiện những vấn đề theo hướng nghiên cứu trên, cần phải xây dựng hệ thống những bài toán ngược và bắt buộc phải có phương pháp giải bài toán ngược, đồng thời phải có phương pháp xử lý kết quả bài toán ngược. Trong lĩnh vực robot, tự động hóa, có nhiều nghiên cứu đã áp dụng phương pháp giải bài toán ngược để khảo sát các bài toán, HPT động học, động lực học. Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có công trình nghiên cứu nào đề cập đến việc giải bài toán khí động lực học theo phương pháp giải ngược. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 - Đây là vấn đề quan trọng thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Đặc biệt với nước ta, đây là vấn đề thời sự, hết sức mới mẻ và gần như chưa được quan tâm nghiên cứu. - Bay thử nghiệm trực tiếp trên KCB có sử dụng những công cụ đo lường hiện đại để đo đạc TSCĐ, kết hợp phương pháp tính toán tiên tiến, mở ra những khả năng mới để xác định ĐTKĐ của KCB. Cho phép mở rộng và nâng cao tính thực thi xác định ĐTKĐ trong quá trình thử nghiệm, khai thác, sử dụng hay cải tiến KCB.
7. 5 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA KCB THEO KẾT QUẢ BAY THỬ NGHIỆM 2.1. Một số khái niệm Nêu những khái niệm, thuật ngữ cụ thể. 2.2. Bài toán thuận Việc bắt buộc trong quá trình tính toán thiết kế KCB đó là giải bài toán chuyển động của KCB trong không gian, trong luận án gọi tắt là bài toán thuận. Mục đích giải bài toán thuận là xác định các TSCĐ, từ đó khảo sát, đánh giá sơ bộ quá trình tính toán thiết kế. Hình 2.3. Mô hình bài toán thuận Bài toán được thể hiện dưới dạng hệ 12 phương trình (HPT) vi phân (1-12) và hệ 3 phương trình lượng giác siêu việt (13-15) [2]: dVk 1. m =  Fx = Pcos .cos − X a − Gsin dt d mVk = P(sin cos a + cos sin  sin a )+ 2. dt Ya cos a − Za sin a − G cos d − mVk cos = P(sin sin a − cos sin  cos a )+ 3. dt Ya sin a + Za cos a d d y x 4. J x = M x − (J z − J y ) yz 5. J y = M y − (J x − J z )xz dt dt dz 6. J x = M z − (J y − J x )x y (2.1) dt
8. 6 dx dy dz 7. =V cos cos 8. = V sin 9. = −V cos sin  dt k dt k dt k d  cos −  sin d 10. = y z 11. =  sin + cos dt cos dt y z d 12. =  − tan( cos − sin ) dt x y z sin = sincos cos − coscos sin cos − 13. cossin cos sin  cos = sin cos cos cos + 14. cos sin sin cos + sin sin cos sin cos − (2.2) cos cos sin  + sin sin sin sin  sin cos = sin cos sin  − cos cos sin sin  + 15. a cos sin cos Trong đó: G - trọng lượng của KCB [N]; V, Vk - không tốc và địa 2 tốc [m/s]; S - diện tích đặc trưng [m ]; ba - chiều dài đặc trưng [m]; α, β, γa - góc tấn, góc trượt cạnh, góc nghiêng [độ]; Ψ, θ - góc hướng, góc nghiêng quỹ đạo [độ]; ψ,  , γ - góc hướng, chúc ngóc, góc nghiêng [độ]; ωx, ωy, ωz: tốc độ góc trong hệ tọa độ (HTĐ) liên kết [độ/s]. Để giải bài toán thuận cần xác định 3 nhóm tham số: - Nhóm tham số ĐLH: Gồm 3 thành phần lực khí động tổng hợp Xa, Ya, Za trong HTĐ tốc độ và 3 thành phần momen khí động tổng hợp Mx, My, Mz đại diện cho tất cả các ĐTKĐ của KCB. - Nhóm tham số điều khiển: Thể hiện dưới các góc điều khiển cánh lái CLDC , CLH , CL lần lượt là góc lệch cánh lái độ cao [độ]; cánh lái hướng [độ]; cánh liệng [độ] và lực đẩy động cơ P [N]. Luận án không nghiên cứu xác định giá trị lực đẩy của động cơ mà xem như thành phần đã biết. - Đặc tính khối lượng của KCB: Gồm có các tham số: m: khối lượng của KCB [kg]; Jx, Jy, Jz: các thành phần momen
9. 7 quán tính của KCB [kg.m2]. Riêng đối với nhóm tham số ĐLH được xác định từ các ĐTKĐ của KCB - là những tham số luận án quan tâm. Do thực hiện trong giai đoạn thiết kế nên các ĐTKĐ thường được xác định bằng phương pháp tính toán hay thổi mẫu trong ống khí động. Như vậy, kết quả bài toán thuận và kết quả đo đạc trong quá trình bay thử nghiệm luôn tồn tại những sai số. 2.3. Xây dựng phương pháp xác định ĐTKĐ của KCB Bài toán thuận xét cùng với những đối tượng liên quan và những mối liên hệ với những nhóm đối tượng thực nghiệm: Hình 2.4. Cơ sở xây dựng phương pháp xác định ĐTKĐ Có thể nhận thấy có 2 phương pháp xác định ĐTKĐ sau: Phương pháp trực tiếp: Khảo sát kết quả lý thuyết và kết quả thực nghiệm thông qua so sánh trực tiếp kết quả TSCĐ lý thuyết của bài toán thuận với TSCĐ đo đạc từ thực nghiệm. Nếu thực hiện theo phương pháp trực tiếp có nhiều khó khăn và phức tạp nên luận án không thực hiện theo phương pháp này. Phương pháp gián tiếp: Thông qua 6 tham số ĐLH thực nghiệm là những tham số trung gian để từ đó xác định các ĐTKĐ của KCB. 6 tham số này đó là 3 thành phần lực khí động Xa, Ya, Za, và 3 thành phần momen khí động Mx, My, Mz xuất hiện trong HPT (2.1).
10. 8 Luận án thực hiện theo phương pháp gián tiếp. Do vậy, cần phải giải quyết 2 bài toán: bài toán ĐLH ngược và bài toán thống kê thực nghiệm. Ngoài hai bài toán nêu trên, cần phải giải quyết một loạt vấn đề liên quan được mô tả chi tiết trên Hình 2.5 và nội dung cụ thể được trình bày trong những phần tiếp theo. Hình 2.5. Phương pháp xác định ĐTKĐ Phương pháp gián tiếp ưu điểm so với phương pháp trực tiếp hoặc phương pháp xây dựng những bài bay cơ bản bởi sự không hạn chế trạng thái chuyển động, tính tùy biến, linh hoạt cao, có thể khảo sát mọi trường hợp chuyển động của KCB và khả năng xác định tất cả các ĐTKĐ của KCB. Luận án xác định ĐTKĐ theo phương pháp gián tiếp. Để thực hiện theo phương pháp này cần phải giải quyết hai bài toán chính đó là: bài toán ĐLH ngược và bài toán thống kê thực nghiệm.
11. 9 2.4. Xây dựng bài toán ĐLH ngược và phương pháp giải 2.4.1. Cơ sở xây dựng bài toán Hình 2.6. Mô hình bài toán ngược Mục đích của bài toán ngược: từ số liệu TSCĐ thực nghiệm, đặc tính khối lượng và lực đẩy động cơ của KCB, xác định các 6 tham số ĐLH thực nghiệm. Trong luận án gọi đây là bài toán ĐLH ngược hay bài toán ngược. Bài toán ngược cho phép xác định được 15 biến số Xa, Ya, Za, Mx, My, Mz, Vk, θ, Ψ, ωx, ωy, ωz, α, β, γa. Bài toán ngược có vai trò rất quan trọng: nó cho phép xác định các tham số góc chuyển động α, β, γa - đây là những tham số gắn liền với các ĐTKĐ, những tham số này không thể đo đạc trong quá trình chuyển động mà chỉ xác định được thông qua quá trình tính toán. Chính vì xác định được các tham số này nên tiếp tục mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án. 2.4.2. Những giả thiết KCB dạng cánh bằng kinh điển, cánh cứng, môi trường khí quyển chuẩn; Dữ liệu đo được áp dụng các biện pháp lọc nhiễu, làm trơn và rời rạc hóa theo bước thời gian ở một mức độ đảm bảo đầy đủ thông tin và yêu cầu độ chính xác cần thiết cho việc khảo sát quá trình
12. 10 chuyển động; Cơ cấu chấp hành, máy lái xem là các khâu lý tưởng, không có độ trễ, đáp ứng tức thời quá trình điều khiển; Lực đẩy động cơ là số liệu đầu vào (đã biết) và là hàm phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của KCB và độ cao so với mặt đất. Vector lực đẩy P trùng với trục Ox của HTĐ liên kết, coi như lực đẩy không sinh ra các thành phần momen khác; Bỏ qua nhiễu động, sai số của các TSCĐ do cảm biến, ảnh hưởng của gió, những yếu tố khí tượng, độ cong của vỏ trái đất. 2.4.3. Xây dựng bài toán ngược Trong quá trình thực nghiệm có thể đo đạc theo thời gian được 6 TSCĐ: 3 tham số tọa độ x, y, z và 3 tham số góc ψ,  , γ - đây là nghiệm của bài toán thuận. Trên cơ sở HPT (2.1), hoán vị 6 tham số ĐLH với 6 TSCĐ, tức là tham số đầu vào là các TSCĐ thực nghiệm còn kết quả là các tham số ĐLH. Khi đó sẽ nhận được bài toán ngược. HPT tổng quát bài toán ngược (2.18). Khi giải bài toán ngược cần giải đồng thời HPT lượng giác siêu việt (2.2).  1. Pcos .cos − X a − Gsin = m.Vk 2. P(sin cos + cos sin  sin ) a a  + Ya cos a − Z a sin a − G cos = m.Vk . 3. P(sin sin a − cos sin  cos a )  + Ya sin a + Z a cos a = −m.Vk ..cos 4.  M x − (J z − J y ) yz = J x . x (2.18)  5.  M y − (J x − J z )xz = J y . y 6. M − J − J   = J .  z ( y x ) x y z z 7. V cos cos = x 8. V sin = y 9. −V cos sin  = z k k k  y cos −z sin 10. = 11.  sin +  cos =  cos y z  12. x − tan( y cos −z sin )= 
13. 11 2.4.4. Xây dựng thuật toán giải bài toán ngược Để thuận tiện, xây dựng thành các hàm và thủ tục độc lập. a. b. c. d. Hình 2.7. Các hàm và thủ tục giải bài toán ngược a. Vi phân diff1(); b. Giải HPT đại số sol_eqs1(); c. Vi phân diff2(); d. Giải HPT đại số sol_eqs2(); e. Giải HPT siêu việt sol_transcen_eqs1() e.
14. 12 Hình 2.8. Lưu đồ thuật toán giải bài toán ngược 2.5. Xây dựng phương pháp xác định ĐTKĐ cho KCB trên cơ sở ứng dụng kết quả bài toán động lực học ngược Mục đích: Từ các tham số ĐLH thực nghiệm đã xác định qua bài toán ngược, cùng với các tham số điền khiển các cánh lái, xây dựng phương pháp xác định ĐTKĐ của KCB. 2.5.1. Bài toán ĐLH 2 2 V X a = Cx0 + Cx .  S 2 2 CLDC z ba V Ya = C y0 + C y . + C y . CLDC + C y . z . S V 2 2  CLH V Z a = Cz . + Cz . CLH  S 2 (2.23) 2 b V  CL CLH x a M x = mx . + mx . CL + mx . CLH + mx . x . S.b a V 2 2  CLH y ba V M y = m y . + m y . CLH + my . y S.b a V 2 2 CLDC z ba V M z = mz0 + mz . + mz . CLDC + mz . z . S.b a V 2
15. 13 2.5.2. Xây dựng phương pháp xác định ĐTKĐ Để giải được bài toán này cần thực hiện theo một trong 2 phương pháp: - Triệt tiêu số ẩn số: sao cho số ẩn số bằng số phương trình. Phương pháp này đơn giản nhưng chỉ xác định được một số ĐTKĐ đơn giản, đồng thời yêu cầu quá trình bay thử nghiệm phải tuân theo các bài bay cơ bản. - Tăng số lượng phương trình: mỗi phương trình được mở rộng thành một HPT bậc nhất. Điều kiện giải được là các biến số (hay ĐTKĐ) phải là hằng số trong HPT đã thiết lập, số lượng phương trình ít nhất bằng số ẩn số. Mỗi phương trình chính là một mẫu thực nghiệm. Có thể gọi đây là phương pháp thống kê thực nghiệm. Luận án thực hiện theo phương án này. Các HPT thực nghiệm: 2 j 2 Vi X ai = Cx0 + Cx . j  S (2.28) 2 Mj 2 j   b V CLDC z a i (2.30) Yai = Cy0 + Cy . j + Cy .CLDCi + Cy .zi. S V 2 i Mj;i 3 2 j CLH Vi Zai = Cz . j + Cz .CLHi  S (2.32) 2 Mj;i 2 b V 2  j CL CLH x a i M xi = mx . j + mx . CLi + mx . CLHi + mx . xi . S.b a (2.34) V 2 i j;i 4 2    b V j CLH y a i (2.36) M yi = my . j + my .CLHi + my .yi S.ba V 2 i j;i 4 b V 2 CLDC z a i (2.38) M zi = mz0 + mz . j + mz .CLDCi + mz .zi. S.ba V 2 i j;i 3
16. 14 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 - Việc phối hợp giải bài toán ĐLH ngược của KCB cùng với các giải pháp thống kê thực nghiệm chính là giải pháp để xác định các ĐTKĐ của KCB dựa trên những TSCĐ ghi lại từ các chuyến bay. - Lập mô hình thuật toán giải bài toán ĐLH ngược và giải các bài toán liên quan trong đó có áp dụng thế mạnh của một số công cụ tính toán hiện đại, cho phép xác định các HSKĐ của KCB dựa trên các TSCĐ đo đạc, ghi lại được từ thực nghiệm bay. Đồng thời xác định các tham số góc chuyển động α, β, γa - đây là những số liệu bay quan trọng mở đường cho các bước thống kê thực nghiệm tiếp theo. - Đã xây dựng phương pháp thống kê thực nghiệm cho phép xác định được các ĐTKĐ xuất hiện trong mô hình toán học đối với KCB khảo sát. Phương pháp này giảm được sai số ngẫu nhiên với số mẫu thực nghiệm đủ lớn, mở ra khả năng đơn giản hóa các bước tổ chức bay thử (không cần thiết phải vạch kế hoạch các bài bay). Chương 3. KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Việc kiểm chứng đặt ra không nhằm mục đích khẳng định phương pháp nghiên cứu mà chính là xem xét đến mức độ chính xác của kết quả các bài toán đã đưa ra bởi việc đánh giá những sai số mắc phải trong một quy trình tính toán - quy trình này bộc lộ, phản ánh những sai số của phương pháp lý thuyết. 3.1. Lựa chọn mô hình kiểm chứng Luận án chọn mô hình kiểm chứng là máy bay IRKUT-70V. Đây là sản phẩm nghiên cứu thiết kế của Hội Hàng không - Vũ trụ Việt Nam đã được chế tạo mẫu, tính toán, thử nghiệm và nghiệm thu. Tính năng, đặc điểm của máy bay IRKUT-70V[3]: Thiết kế máy bay dạng cánh bằng, một động cơ piston cánh quạt, cất cánh từ bệ phóng sử dụng khí nén, hạ cánh bằng phương pháp
17. 15 bung dù. Trang bị hệ thống cảm biến VCĐT, máy tính xử lý số liệu và điều khiển. Có thể ghi lại các TSCĐ. Hình 3.2. Mô hình kiểm chứng Hình 3.3. Thử nghiệm máy bay lý thuyết và mô phỏng máy bay IRKUT-70V IRKUT-70V 2 Khối lượng: ≈ 50.0 [kg]; Momen quán tính: Jx = 5.2 [kg.m ]; Jy = 2 2 2 33.8 [kg.m ]; Jz = 31.3 [kg.m ]; Diện tích cánh S = 1.05 [m ]; Dây cung cánh ba = 0.35 [m]; Điều kiện phóng: tốc độ rời bệ 25 [m/s]; góc phóng 15o; Lượng tiêu thụ nhiên liệu trung bình: 7.2 [kg/h]. Lực đẩy động cơ P xem như đã biết. Bảng 3.1. Những ĐTKĐ lý thuyết của máy bay IRKUT-70V
18. 16 3.2. Kiểm chứng bài toán ngược Hình 3.5. Kiểm chứng kết quả giải bài toán ngược Từ mô hình KCB và các ĐTKĐ, giải bài toán thuận, nhận được nghiệm là TSCĐ, đồng thời xác định được các tham số ĐLH lý thuyết. Sử dụng các TSCĐ nhận được làm đầu vào giải bài toán ngược lại nhận được các tham số ĐLH. Để kiểm chứng bài toán ngược, cần so sánh các tham số ĐLH khi giải bài toán thuận và sau khi nhận được kết quả từ bài toán ngược. a. b. c. d. e. f. Hình 3.6. So sánh các tham số ĐLH bài toán thuận và ngược trên mô hình KCB IRKUT-70V sau khi phóng; a. b. c. Lực khí động Xa, Ya, Za; d. e. f. Momen khí động Mx, My, Mz
19. 17 3.3. Kiểm chứng phương pháp xác định ĐTKĐ Các ĐTKĐ lý thuyết là đầu vào để giải bài toán ĐLH chuyển động của KCB kết hợp với các đường bay giả lập, nhận được kết quả là các TSCĐ, từ đó xác định các tham số ĐLH thông qua bài toán ngược và xác định các ĐTKĐ thông qua giải các HPT ĐLH bằng phương pháp thống kê thực nghiệm. Hình 3.7. Kiểm chứng kết quả xác định ĐTKĐ Tốc độ chuyển động của IRKUT-70V M < 0.5 nên có thể xem các ĐTKĐ Cx , C y không phụ thuộc M. Để thuận tiện so sánh kết quả nhận được với bảng số liệu của tài liệu kỹ thuật nên biểu diễn Cx , C y theo góc α. a. b. c. Hình 3.9. Đồ thị so sánh ĐTKĐ lý thuyết và thực nghiệm  a. Cx ; b. C y ; c. M x ; d. M  ; e. M d. e. y z
20. 18 Bảng 3.8. So sánh ĐTKĐ lý thuyết và thực nghiệm Căn cứ vào kết quả trên, đưa ra những nhận xét sau đây: - Trong điều kiện thực nghiệm lý tưởng (mọi giả thiết của những bài toán đều thỏa mãn), có thể xác định được tất cả các ĐTKĐ của KCB thông qua quy trình đã thực hiện. - Tính chất biến thiên các ĐTKĐ tương đồng nhau. - Sai số mắc phải phân bố ngẫu nhiên. Sai số của các ĐTKĐ là hằng số không vượt quá 1%, sai số tương đối của các ĐTKĐ phụ thuộc góc α và β không vượt quá 5.5%. Nếu tăng số lượng mẫu thực nghiệm sẽ giảm được những sai số này. Đây là những sai số sinh ra do phương pháp tính trong chuỗi giải các bài toán đã nêu ra. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 - Mô hình tính toán lý thuyết đã xây dựng (Chương 2) là chính xác. Các kết quả tính toán (có kèm theo các sai số) minh chứng cho sự đúng đắn của chuỗi các bài toán ngược và giải pháp áp dụng thống kê thực nghiệm - điều đó cho phép kết luận về tính chính xác và độ tin cậy của phương pháp xác định ĐTKĐ đã được xây dựng. - Qua thực hiện tính toán cũng cho thấy bộ công cụ (các phần mềm trợ giúp tính toán) sử dụng dễ dàng, thuận tiện và hiệu quả. Các công cụ này sẽ được sử dụng trong việc áp dụng phương pháp xác định ĐTKĐ đối với một loại máy bay cụ thể trong chương tiếp theo.
21. 19 Chương 4. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐTKĐ TRÊN MỘT MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 4.1. Mục đích và yêu cầu Hiện thực hóa kết quả nghiên cứu của luận án trên cơ sở đánh giá một cách toàn diện. Hoàn thiện kết quả nghiên cứu, đưa ra những kết luận đối với kết quả luận án đã đạt được. 4.2. Lựa chọn đối tượng thực nghiệm Hình 4.1. Máy bay Su-B Sử dụng số liệu ghi lại của máy bay Su-B trong quá trình huấn luyện. Su-B là một trong những máy bay hiện có trong trang bị của Không quân Việt Nam. Một số đặc điểm kỹ thuật: Khối lượng rỗng: m ≈ 16500.0 [kg]; Khối lượng nhiên liệu ban đầu: mnl = 2693.0 [kg]; Diện tích cánh: S = 34.45 [m2]; Dây cung cánh: ba = 4.157 [m]; Momen quán tính ban đầu: Jx = 14595.0 2 2 2 [kg.m ]; Jy = 193350 [kg.m ]; Jz = 412000.0 [kg.m ]. 4.3. Số liệu thực nghiệm Hình 4.5. Độ cao khí áp
22. 20 Hình 4.3. Quỹ đạo chuyển động không gian Hình 4.6. Các tham số góc trong HTĐ chuẩn ψ,  , γ 4.4. Kết quả giải bài toán ĐLH ngược trên số liệu thực nghiệm Hình 4.9. Các tham số lực khí động Xa, Ya, Za
23. 21 Hình 4.10. Các tham số momen khí động Mx, My, Mz Hình 4.12. Các tham số góc trong HTĐ tốc độ α, β, γa 4.5. Xác định các ĐTKĐ thực nghiệm Hình 4.14. Đồ thị đặc tính lực Hình 4.17. Đồ thị đặc tính lực cản C phụ thuộc vào M x nâng C y phụ thuộc vào M
24. 22 CLDC C x0 = 0.023 (với M = 0.67) Cy0 = −0.002 Cy = 0.012 CLDC mz0 0.0 mz = −0.0062 mz = −0.0149 4.6. Nhận xét kết quả Từ kết quả thực nghiệm đã xác định được một số ĐTKĐ theo CLDC CLDC kênh dọc: Cx0 , Cx , Cy0 , Cy , Cy , mz0 , mz , mz . b. C (M) a. Cx (M); y Hình 4.18. So sánh ĐTKĐ thực nghiệm và tài liệu kỹ thuật Bảng 4.5. Đánh giá sai số ĐTKĐ thực nghiệm và tài liệu kỹ thuật Dựa trên những kết quả tính toán và so sánh với những số liệu của Tài liệu kỹ thuật có thể đưa ra những nhận xét sau:
25. 23 Đây là số liệu bay huấn luyện nên số liệu thực nghiệm chưa nhiều, đường bay chưa bộc lộ các tham số cần thiết đủ để xác định những ĐTKĐ theo các kênh ngang và nghiêng. Kết quả nhận được phù hợp với những ĐTKĐ của máy bay Su-B theo tài liệu kỹ thuật. Độ chính xác trung bình tương đối nhỏ hơn 7%. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 Chương 4 áp dụng kết quả nghiên cứu của luận án xác định một số ĐTKĐ của máy bay Su-B từ số liệu bay huấn luyện. Chuyến bay này không nhằm mục đích xác định các ĐTKĐ. Số liệu chưa đầy đủ để có thể xác định toàn bộ ĐTKĐ. Tuy nhiên, với phương pháp của luận án đưa ra, đã khẳng định: Thứ nhất: Có thể giải bài toán ĐLH ngược xác định các tham số ĐLH sử dụng số liệu của chuyến bay này; Thứ hai: Có thể xác định một số ĐTKĐ của máy bay theo phương pháp thống kê thực nghiệm từ các tham số ĐLH. Kết quả nghiên cứu của luận án hoàn toàn có thể áp dụng để xác định các ĐTKĐ đối với số liệu chuyến bay có ghi lại các TSCĐ theo thời gian và một số đặc tính của máy bay. Với các loại KCB hiện đại, thiết bị đo đạc chính xác và tốc độ ghi lại các TSCĐ cao hơn, thì có thể cho phép xác định nhiều ĐTKĐ và độ chính xác đạt được cũng sẽ cao hơn. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết quả chính đạt được - Xây dựng cơ sở lý thuyết xác định ĐTKĐ dựa vào số liệu TSCĐ ghi lại được bằng công cụ đo lường, cảm biến hiện đại. - Sử dụng kỹ thuật tính toán hiện đại, cụ thể là bài toán ĐLH ngược và phương pháp thống kê thực nghiệm. - Kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết trên mô hình bán thực
26. 24 nghiệm máy bay IRKUT-70V để đánh giá sai số tính toán. - Chứng minh khả năng có thể áp dụng kết quả nghiên cứu của luận án để xác định ĐTKĐ đối với một loại KCB dạng kinh điển trong thực tế. Những đóng góp mới của luận án 1. Xây dựng và phát triển một phương pháp xác định ĐTKĐ của KCB dạng kinh điển dựa trên các TSCĐ ghi lại được từ những chuyến bay thực. Kiểm chứng tính xác thực, tin cậy thông qua mô hình lý thuyết và thực tế. 2. Ứng dụng tiềm năng của những tiến bộ và thành tựu công nghệ đo lường, giải tích số. Sử dụng phần mềm, công cụ tính toán mạnh để giải các bài toán đạt được những kết quả chính xác, tin cậy. Phát triển một bộ công cụ tính toán hiệu quả trợ giúp cho việc xác định các ĐTKĐ của KCB. Kết quả luận án góp phần giải quyết những bài toán thực tế hiện nay trong nước ta. Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo - Hoàn thiện hệ thống tính toán và phương pháp thực nghiệm để xác định các ĐTKĐ đối với nhiều loại KCB. Xây dựng một hệ thống quy trình thử nghiệm mẫu đối với KCB sau chế tạo, hoặc các loại KCB tương tự sau cải tiến, nâng cấp Kế thừa kết quả của luận án để xây dựng quy trình kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn hoặc hệ thống tự động xác định ĐTKĐ. - Khảo sát, xây dựng các đặc tính sai số của hệ thống đo lường, cơ cấu chấp hành trong các điều kiện thực để tăng độ chính xác cho chương trình. - Phát triển tiếp phương pháp nghiên cứu, kết hợp với các phương pháp nghiên cứu khác cho phép xác định các ĐTKĐ trong những điều kiện khuyết thiếu tham số thử nghiệm.
27. 25 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 1. Mai Duy Phương, Phạm Vũ Uy (04-2016), “Xây dựng bài toán ngược xác định các thành phần lực và momen khí động của khí cụ bay tự động bằng phương pháp xử lý số liệu bay thử nghiệm”. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 42, tr. 20-29. 2. Mai Duy Phương, Phạm Vũ Uy (2016), “Xây dựng những bài bay cơ bản xác định một số tham số khí động cho khí cụ bay trong giai đoạn thử nghiệm mẫu”. Tuyển tập các công trình khoa học tại Hội nghị “Cơ học và điều khiển thiết bị bay 2016”, tr. 349-358. 3. Mai Duy Phương, Phạm Vũ Uy (2017), “Xây dựng phương pháp thống - kê phân tích số liệu đo đạc tham số quỹ đạo thực nghiệm xác định tham số khí động của khí cụ bay tự động”. Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học Cơ học thủy khí lần thứ 20, tr. 584-593. 4. Mai Duy Phương, Phạm Vũ Uy (12-2017), “Khảo sát bài toán ngược xác định các tham số động lực học của khí cụ bay có kể đến ảnh hưởng do sai số của hệ thống cảm biến vi cơ điện tử”. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, tr. 14-22.