Tài liệu Nghiên cứu xác định một số tham số kết cấu của súng bắn tỉa cỡ lớn trên cơ sở phân phối năng lượng hợp lý đảm bảo phù hợp với xạ thủ việt nam.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ Mai Viết An NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU CỦA SÚNG BẮN TỈA CỠ LỚN TRÊN CƠ SỞ PHÂN PHỐI NĂNG LƢỢNG HỢP LÝ ĐẢM BẢO PHÙ HỢP VỚI XẠ THỦ VIỆT NAM Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 62 52 01 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2017 Công trình đƣợc hoàn thành tại Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS Phạm Huy Chƣơng 2. TS Bùi Ngọc Hƣng Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Hồng Lanh Học viện Kỹ thuật quân sự Phản biện 3: GS.TS Trần Văn Địch Đại học Bách khoa Hà Nội Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện, họp tại Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự Vào hồi giờ ngày tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thƣ viện Quốc gia Việt Nam - Thƣ viện Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 1. Mai Viết An, Bùi Ngọc Hưng, Trần Xuân Khoa, “Một số kết quả nghiên cứu thiết kế, chế thử và thử nghiệm loa giảm giật dùng cho súng bắn tỉa cỡ nòng 12,7mm”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, Viện KH&CN quân sự, số 23, 02/2013, tr. 81-88. 2. Mai Viết An, Bùi Ngọc Hưng, Phạm Đức Khôi, “Nghiên cứu ảnh hưởng của loa giảm giật súng bắn tỉa cỡ nòng 12,7mm lên xạ thủ bắn”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, Viện KH&CN quân sự, số 26, 08/2013, tr. 90-98. 3. Phạm Huy Chương, Mai Viết An, “Xây dựng và giải bài toán ổn định của súng bắn tỉa 12,7mm VN khi bắn”, Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học các nhà nghiên cứu trẻ, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, số 161, 4-2014, tr. 102-111. 4. Phạm Huy Chương, Bùi Ngọc Hưng, Mai Viết An, Mai Văn An, “Đặc trưng loa giảm giật súng bắn tỉa 12,7mm VN và khả năng phân phối năng lượng phát bắn”, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, số 173, 12/2015, tr. 148155. 5. Phạm Huy Chương, Bùi Ngọc Hưng, Mai Viết An, Đặng Hải Anh, “Ảnh hưởng của loa giảm giật đến độ ổn định bắn của súng bắn tỉa 12,7mm VN và sự lựa chọn hợp lý kết cấu của loa giảm giật”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, Viện KH&CN quân sự, số 42, 04/2016, tr. 170-176. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Súng bắn tỉa là một trong những loại vũ khí không thể thiếu trong tác chiến bộ binh, nó được trang bị cho cá nhân ở các đơn vị đặc nhiệm của lực lượng vũ trang để tiêu diệt các mục tiêu quan trọng của đối phương như người chỉ huy, người sử dụng thiết bị thông tin, thiết bị quan sát, điểm hỏa lực mạnh, lái xe, ăng ten xe chỉ huy v.v...nằm ngoài tầm bắn của vũ khí cá nhân thông thường. Do hiệu quả tiêu diệt mục tiêu của súng bắn tỉa rất cao nên các nước luôn quan tâm đến phát triển và trang bị những loại súng bắn tỉa phù hợp với tác chiến của quân đội mình. Súng bắn tỉa của ta sẽ sử dụng đạn 12,7x107mm có uy lực lớn, năng lượng phát bắn của nó cao hơn năng lượng phát bắn của súng cá nhân thông thường rất nhiều dẫn đến lực giật của nó rất mạnh, nếu không có kết cấu súng phù hợp thì hầu hết các xạ thủ không thể sử dụng được. Do đó, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định một số tham số kết cấu của súng bắn tỉa cỡ lớn trên cơ sở phân phối năng lượng hợp lý đảm bảo phù hợp với xạ thủ Việt Nam” nhằm tạo thêm cơ sở lý luận cho việc thiết kế chế tạo mới, khai thác sử dụng các loại súng bắn tỉa cỡ lớn sẽ nhập khẩu là việc làm cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định một số tham số kết cấu của súng bắn tỉa cỡ lớn trên cơ sở phân phối năng lượng hợp lý đảm bảo phù hợp với xạ thủ Việt Nam. Kết quả nghiên cứu góp phần định hướng thiết kế, chế tạo và khai thác sử dụng hợp lý để nâng cao độ chính xác bắn cho súng bắn tỉa cỡ nòng lớn. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án là súng bắn tỉa 12,7 mm hiện đang có nhu cầu nghiên cứu, thiết kế, chế tạo trong nước trang bị cho các lực lượng vũ trang thực hiện các nhiệm vụ đặc biệt. Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình nghiên cứu súng bắn tỉa 12,7mm, tính toán các tham số kết cấu của súng làm giảm xung lực giật tác dụng lên xạ thủ khi bắn. Nghiên cứu lựa chọn các tham số kết cấu đảm bảo phân phối năng lượng hợp lý, phù hợp với xạ thủ Việt Nam. Việc nghiên cứu tính toán và thực nghiệm cụ thể được tiến hành với súng bắn tỉa 12,7mm VN. 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm. Nghiên cứu các mô hình hiện có, vận dụng các phương pháp hiện đại cùng với sự trợ giúp của các phương tiện và phần mềm tính toán mới nhằm đưa ra mô hình nghiên cứu súng-giá hai chân-xạ thủ sát với thực tế. Trên cơ sở khoa học, tính toán các kết cấu cơ bản của súng, phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu của súng tới khả năng ổn định của súng khi bắn, từ đó lựa chọn các thông số kết cấu nhằm phân phối năng lượng hợp lý đảm bảo phù hợp với xạ thủ Việt nam. Tiến hành xác định các thông số đầu vào của bài toán và đo kiểm chứng một số thông số động lực học cơ bản của hệ khi bắn. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: - Ý nghĩa khoa học: Bổ sung và hoàn thiện việc xây dựng mô hình tính toán động lực học súng-giá hai chân-xạ thủ để đánh giá độ chính xác bắn. Xây dựng được các cơ sở khoa học về lý thuyết tính toán các cơ cấu, các kết cấu phục vụ cho việc thiết kế, chế tạo mới súng bắn tỉa cỡ nòng lớn phù hợp với xạ thủ Việt Nam. - Ý nghĩa thực tiễn: Luận án bước đầu đã xây dựng cơ sở lý luận cho một loại sản phẩm mới có khả năng tác chiến cao, góp phần chủ động trang bị cho các lực lượng vũ trang, đặc biệt là các lực lượng làm nhiệm vụ đặc biệt tiết kiệm ngoại tệ khi mua sản phẩm và tài liệu thiết kế của nước ngoài. Tạo thêm luận cứ khoa học để đánh giá chất lượng các loại vũ khí bắn tỉa nhập khẩu, thiết kế chế tạo mới, thiết kế cải biên và vũ khí bắn tỉa hiện có trong các lực lượng vũ trang ta. Nội dung nghiên cứu Nội dung của luận án bao gồm phần mở đầu và bốn chương là: Chương 1 - Tổng quan về súng bắn tỉa cỡ lớn. Chương 2 - Xây dựng mô hình khảo sát ổn định của súng bắn tỉa cỡ lớn khi bắn. Chương 3 - Nghiên cứu xác định một số tham số kết cấu của súng bắn tỉa cỡ lớn trên cơ sở phân phối năng lượng hợp lý phù hợp với xạ thủ Việt Nam. Chương 4 – Thử nghiệm xác định các thông số động lực học của hệ khi bắn. Phần kết luận, kiến nghị, danh mục các bài báo đã công bố. Luận án có 15 bảng, 61 hình và sử dụng 48 tài liệu tham khảo. Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ SÚNG BẮN TỈA CỠ LỚN 1.1. Độ chính xác bắn và các vấn đề có liên quan Độ chính xác bắn của súng pháo nói chung, của súng bắn tỉa nói riêng bao gồm hai yếu tố: Độ trúng và độ chụm [5], [30]. 3 1.1.1. Độ trúng Độ trúng được đặc trưng bằng khoảng cách từ điểm chạm trung bình của các vết đạn đến điểm kiểm tra trên bia. 1.1.2. Độ chụm Độ chụm được đặc trưng bởi độ rộng hẹp của các vết chạm trên bia. 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác bắn Các nguyên nhân có thể chia thành ba nhóm chính sau [5], [30]: - Do kết cấu của vũ khí (súng và đạn); - Do sự biến đổi về điều kiện khí tượng; - Yếu lĩnh động tác bắn của xạ thủ. Trong các yếu tố trên, góc bắn  ảnh hưởng lớn đến độ chính xác bắn của súng. Góc bắn bằng tổng số của góc nảy  và góc ngắm . - Góc ngắm : Góc ngắm  ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác bắn. - Góc nảy : Góc nảy là góc kẹp giữa đường trục nòng trước khi bắn và tại thời điểm bắn. 1.1.4. Xạ thủ Việt Nam Về cơ bản vóc dáng và cân nặng của xạ thủ Việt Nam là thấp hơn so với chuẩn quốc tế, đặc biệt là xạ thủ của Mỹ và các nước Phương tây. 1.1.5. Năng lượng của phát bắn Có hai phần năng lượng ảnh hưởng trực tiếp đến góc nảy đầu nòng (γ) khi bắn: + Phần năng lượng dư của khí thuốc tại thời kỳ tác dụng sau cùng gây nên xung lực mạnh tác dụng lên xạ thủ bắn. + Phần năng lượng đẩy thân súng lùi về sau (EL) tác dụng trực tiếp lên xạ thủ. 1.2. Súng bắn tỉa 1.2.1. Khái niệm về súng bắn tỉa Súng bắn tỉa là loại súng được trang bị cho những người thiện xạ trong đơn vị, súng có độ chính xác bắn cao. 1.2.2. Mục đích sử dụng súng bắn tỉa Súng bắn tỉa được sử dụng nhằm mục đích để ngắm bắn chính xác vào các vị trí cần thiết của mục tiêu. 1.2.3. Tính năng chiến kỹ thuật cơ bản của súng bắn tỉa cỡ lớn Đối với súng bắn tỉa, độ chính xác của súng là chỉ tiêu quan trọng nhất, quyết định tới chất lượng của súng. 1.2.4. Đặc điểm kết cấu của súng bắn tỉa 12,7mm VN Để đảm bảo chiến đấu và hành quân thuận lợi, súng bắn 12,7 mm VN phải có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ và dễ sử dụng. 4 1.2.5. Các cơ cấu ảnh hưởng đến độ chính xác bắn súng bắn tỉa 12,7mm VN Các cơ cấu ảnh hưởng cần phải nghiên cứu gồm: Loa giảm giật đầu nòng, giảm chấn, giảm va, lỗ trích khí. 1) Loa giảm giật đầu nòng. Hiệu quả tác dụng của loa giảm giật chủ yếu phụ thuộc vào số lượng, tốc độ và hướng chuyển động của khí thuốc thoát ra. 2) Giảm chấn. Giảm chấn (đệm tỳ vai) kéo dài thời gian tác dụng của xung lực phát bắn tác dụng lên xạ thủ, nhờ đó giảm lực lớn nhất tác dụng, giảm góc nảy đầu nòng, tăng độ chính xác bắn và không gây đau vai cho xạ thủ. 3) Giảm va. Lò xo đẩy lên của súng vừa tích lũy năng lượng đẩy lên vừa giảm va cho bệ khóa nòng. 4) Cơ cấu trích khí. Đường kính lỗ trích khí được tính toán, thiết kế đảm bảo máy tự động hoạt động tin cậy và sự va chạm giữa bệ khóa nòng với thân súng ở vị trí sau cùng là nhỏ đảm bảo không gây mất an toàn cho xạ thủ và vũ khí. 1.2.6. Phân phối năng lượng cho các bộ phận của súng Năng lượng của phát bắn cơ bản chỉ được phân phối qua loa giảm giật đầu nòng. Đây là giải pháp tốt nhất đảm bảo giảm năng lượng lùi, xung lực giật tác dụng lên xạ thủ, phù hợp với súng bắn tỉa cỡ nòng lớn. 1.3. Đặc điểm hệ vũ khí giá và độ ổn định bắn của súng bắn tỉa cỡ lớn 1.3.1. Đặc điểm của hệ vũ khí giá Hệ vũ khí giá được nghiên cứu trên các dạng mô hình sau [9]: 1.3.1.1. Hệ vũ khí-xạ thủ. Hệ vũ khí - xạ thủ là hệ dùng cho các loại vũ khí tự động cầm tay. 1.3.1.2. Hệ vũ khí-phương tiện cơ động. Đây thuộc các loại vũ khí lắp trên xe tăng, xe chiến đấu, trên máy bay, tàu chiến. 1.3.1.3. Hệ vũ khí – giá - xạ thủ. Hệ vũ khí-giá-xạ thủ đặc trưng cho các loại súng tự động có giá song khi bắn vẫn phải dùng sức của xạ thủ để giữ cho súng ở vị trí ổn định động. 1.3.2. Độ ổn định bắn của súng bắn tỉa cỡ lớn Độ ổn định của súng được đánh giá chủ yếu thông qua góc nảy đầu nòng γ và khoảng dịch chuyển L về sau của thân súng. 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.4.1. Ngoài nƣớc 1.4.1.1. Tình hình khai thác sử dụng súng bắn tỉa trên thế giới Hiện nay, súng bắn tỉa được các nước trên thế giới đặc biệt quan tâm phát triển. Hiện nay có khoảng trên 30 nước phát triển và trang bị súng bắn tỉa cỡ nòng 12,7mm cho các lực lượng vũ trang. 5 1.4.1.2. Tình hình nghiên cứu Độ chính xác bắn của súng phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc động lực học của hệ khi bắn [9], [24], [26], [45]. 1) Phương pháp của V.M.Kirillop và các tác giả trường cao đẳng kỹ thuật quân sự Penza. Các tác giả của trường cao đẳng kỹ thuật quân sự Penza đã xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học của hệ vũ khí-giá-xạ thủ [48] tương đối phù hợp với thực tế song còn nhiều hạn chế. 2) Phương pháp của EA.Gorop. Mô hình này chỉ có thể được sử dụng cho tính toán sơ bộ khi thiết kế. 1.4.2. Trong nƣớc 1.4.2.1. Tình hình khai thác sử dụng và phát triển súng bắn tỉa trong nước Hiện nay trong trang bị của các lực lượng vũ trang ta chỉ có một lượng nhỏ các loại súng bắn tỉa cỡ nhỏ, đã cũ. Loại súng bắn tỉa cỡ lớn chúng ta chưa có và chưa nghiên cứu thiết kế, sản xuất, thực sự đang có nhu cầu trang bị cho các lực lượng vũ trang. 1.4.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Qua nghiên cứu các tài liệu có thể thấy các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu nhiều về hệ vũ khí –xạ thủ và vũ khí – giá- xạ thủ. Mô hình nghiên cứu [16] sát với thực tế khi bắn súng đại liên PKMS, tuy nhiên đây là mô hình nghiên cứu về vũ khí – giá ba chân – xạ thủ nên có nhiều điểm khác và không thể áp dụng cho mô hình vũ khí – giá hai chân – xạ thủ. 1.5. Kết luận chƣơng 1 1. Các mô hình đã nghiên cứu phù hợp với phương tiện tính toán vào thời điểm đó. 2. Các nghiên cứu tập trung vào giải quyết bài toán ổn định của súng khi bắn. 3. Một số mô hình đã kể tới hoạt động của máy tự động đồng thời với dịch chuyển của toàn cơ hệ. 4. Chưa có một công trình nghiên cứu nào về mô hình vũ khí-giá 2 chân -xạ thủ. 5. Các công trình nghiên cứu trước đây chưa đi sâu nghiên cứu về năng lượng phát bắn và việc ứng dụng các tham số kết cấu của súng để phân phối năng lượng phát bắn, lợi dụng phần năng lượng dư có ích cho súng, phù hợp hơn với xạ thủ là người Việt Nam. 6 Chƣơng 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH CỦA SÚNG BẮN TỈA CỠ LỚN 2.1. Đặt vấn đề Để xác định các tham số kết cấu của súng hợp lý trên cơ sở phân phối năng lượng phát bắn phù hợp với xạ thủ Việt Nam, luận án cần nghiên cứu xây dựng mô hình khảo sát ổn định của súng bắn tỉa cỡ lớn khi bắn. 2.2. Đặc điểm của cơ hệ bắn súng bắn tỉa cỡ nòng lớn và những đặc trƣng cơ bản Khi bắn súng bắn tỉa cỡ nòng lớn, từ đặc điểm kết cấu và hoạt động của hệ súng có giá, cơ hệ có một số đặc điểm và các đặc trưng cơ bản riêng. 2.3. Xây dựng mô hình tính toán 2.3.1. Các giả thiết cơ bản Để xây dựng được mô hình tính toán, luận án đã đưa ra các giả thiết cơ bản. 2.3.2. Mô hình cơ hệ Thông qua các giả thiết đã đưa ra, luận án đã xây dựng được mô hình cơ hệ như trên hình 2.1, bao gồm 4 vật : MA, MK, MN và Mi. Hình 2.1 Mô hình cơ hệ 2.3.3. Chọn hệ trục tọa độ và các tọa độ suy rộng Lấy điểm O làm gốc tọa độ, ta xây dựng 2 hệ trục tọa độ đề các như trên hình 2.1, trong đó hệ trục tọa độ OXYZ cố định, hệ trục tọa độ Oxyz gắn chặt với súng. Đối với cơ hệ đang nghiên cứu, có 4 bậc tự do độc lập. Sử 7 dụng 4 tọa độ suy rộng để miêu tả chuyển động của cơ hệ (chuyển động của vật i được xác định thông qua liên kết chuyển động với vật 1). - q1 = xA: Chuyển động của vật 1 theo phương trục nòng súng (trục Ox); - q2 = xK: Chuyển động của vật 2 theo phương trục nòng súng (trục Ox); - q3 = xN: Chuyển động của vật 3 theo phương trục nòng súng (trục Ox); - q4 = K: Góc quay của thân súng quanh trục OZ. 2.4. Các lực tác dụng lên hệ khi bắn 2.4.1. Lực tác dụng của xạ thủ Lực tác dụng của xạ thủ lên súng là lực của cơ bắp xạ thủ tác dụng lên súng, nó chính là lực tỳ vai và lực giữ của tay. 2.4.2. Lực của áp suất khí thuốc trong nòng Lực của áp suất khí thuốc tác dụng trong nòng được xác định khi giải bài toán thuật phóng trong [11], [16], [24]. 2.4.3. Lực tác dụng lên thiết bị trích khí Lực tác dụng lên thiết bị trích khí xác định khi giải đồng thời hệ phương trình nhiệt động buồng khí và hệ phương trình thuật phóng trong. 2.4.4. Trọng lượng của bản thân vũ khí Trọng lượng vũ khí có điểm đặt tại trọng tâm vũ khí. 2.4.5. Lực rút vỏ đạn Lực rút vỏ đạn được tính gần đúng theo phương pháp Protopôpôp. 2.4.6. Lực tác dụng của nền đất Lực tác dụng của nền đất lên súng như một hệ đàn nhớt có độ cứng Cd và hệ số cản nhớt bd . 2.4.7. Lực cản khóa nòng quay Khi khóa nòng quay, xuất hiện lực cản do ma sát giữa đáy đạn và mặt gương khóa nòng, giữa tai khóa và khấc tỳ tai khóa. 2.4.8. Lực của loa giảm giật Khi súng lắp loa giảm giật sẽ xuất hiện một thành phần lực ngược chiều với lực giật lùi do phát bắn gây nên, lực này làm tăng độ ổn định bắn cho súng. 2.5. Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ khi bắn Từ mô hình tính toán hình 2.1, luận án đã chọn phương pháp Lagrange để xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ (2.38). 8  1. l  v1 2 ;  gps ;  2. v  q  p  3. z   ; 2  I  4.  K (1  2z  3z 2 )z  G(1   )  G  ;  k 2 3 n    5. w = 1- (1  2z  3z 2 )z  SV ; 2 3    1 2  6. p  f(1  2z  3z )z 2  k t p  kpw -k p G(1  3 )  k p G n    ;  w  7.   (G  G )   G ; b n k  5 x   8. w  S x  ; b p A   1   k p G n  k pb (G k  5G x )  k tb p b  kp b w b   ; 9 . p b   wb    10. M11v A  FA ; 11. M v  F ; 21 K K  12. M v  F ; 31 N N  13. M   F 41 K   14. x  v A A  15. x K  v K  16. x N  v N  17. K K  (2.38) 2.6. Vận tốc các khâu sau va chạm 2.6.1. Va chạm giữa bệ khóa và hộp súng Các công thức xác định vận tốc sau va chạm: x1  x10  1    A mh  x10  x h 0  b0  , B m 1 mh A m1    x10  x h 0  bφ 0  , B m1  m h C mh      x10  x h 0  bφ 0  , y1  y10  1    B m1  m h C m1      x10  x h 0  bφ 0  , y1  y10  1    B m1  m h   x h  x h 0  1      φ1  φ10  1    D    x10  x h 0  bφ 0  , B trong đó A  I1  I h m h  m1   a 2 m1m h ;   B  I1  I h m h  m1   a 2  b 2 m1m h ; C  abm1 m h ; D  bm1 m h . (2.42) (2.43) (2.44) (2.45) (2.46) 9 2.6.2. Va chạm giữa các khâu của máy tự động khi làm việc Công thức tính vận tốc bệ khóa nòng sau va chạm: n V0  V00   m 1    k V i i  m 1 i i 00  Vi0  ki ηi . (2.59) M tg 2.7. Giải hệ phƣơng trình 2.7.1. Các số liệu đầu vào Các thông số kích thước tọa độ trọng tâm, mô men quán tính của các khâu được xác định trên mô hình 3D của súng. Một số thông số được xác định bằng đo đạc trực tiếp, còn lại được xác định theo [9], [16], [26], [33]. 2.7.2. Kết quả tính toán Kết quả cho ta đồ thị từ hình 2.8 đến hình 2.13. X: 0.0008 Y: 302.9 Ap suat long nong ap suat buong khi 300 800 700 250 Van toc dau dan v[m/s] Ap suat long nong va ap suat buong khi [MPa] X: 0.8867 Y: 826 900 350 200 150 600 500 400 300 100 X: 0.0021 Y: 52.85 200 50 0 100 0 0 1 2 3 4 Thoi gian t(s) 5 6 7 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Chieu dai long nong l[m] -3 0.7 0.8 0.9 x 10 Hình 2.8. Đồ thị biến thiên áp suất khí thuốc trong lòng nòng và trong buồng khí theo thời gian Hình 2.9. Đồ thị biến thiên vận tốc đầu đạn theo chiều dài nòng -3 0.4 8 2.5 X: x 10 0.02366 Y: 0.00231 Loa  = - 0.1922 1.5 4 2 X: 0.08287 Y: 0.3292 0 0 1  [rad] 0.2 Van toc be khoa (m/s) Dich chuyen be khoa (m) 2 6 X: 0.08287 Y: 0.226 0.5 0 -0.5 -2 -1 -0.2 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Thoi gian t(s) 0.12 0.14 0.16 -4 0.18 Hình 2.10. Đồ thị chuyển động của khâu cơ sở -1.5 X: 0.08502 Y: -0.001424 0 0.1 0.2 0.3 0.4 t [s] 0.5 0.6 0.7 0.8 Hình 2.11. Đồ thị dao động góc nảy của súng trong trường hợp súng lắp loa giảm giật từ lúc bắn tới khi tắt dao động 10 Nhận xét kết quả tính toán: - Kết quả tính thuật phóng trong và chuyển động của khâu cơ sở tương đối sát với kết quả thử nghiệm của Viện Vũ khí và các kết quả công bố trong các tài liệu của nhà sản xuất: + Áp suất lớn nhất trong nòng tính toán là 302,9 MPa, theo tài liệu của nhà sản xuất là 304,1 MPa [4], [7], sai số 0,4%. Áp suất lớn nhất trong buồng khí pbmax =52,85 MPa. Áp suất đầu nòng pd =89,27 MPa. + Vận tốc đầu nòng tính toán là 826,6 m/s, theo tài liệu của nhà sản xuất là 820 m/s [4], [7], sai số 0,5%. + Vận tốc của khâu cơ sở tại vị trí sau cùng là 0,3292 m/s. - Dao động của thân súng: + Góc nảy đứng giảm 50,9% khi súng lắp loa giảm giật. + Chiều dài lùi lớn nhất giảm 39,3% khi súng lắp loa giảm giật. -4 18 x 10 0.06 X: 0.00405 Y: 0.001768 16 X: 0.00405 Y: 0.0008677 10 8 6 4 Dich chuyen vai nguoi [m] 12  [rad] X: 0.8 Y: 0.05665 0.05 14 0.04 X: 0.8 Y: 0.03437 0.03 0.02 2 0.01 0 Khong loa Khong loa Loa  = - 0.1922 Loa  = - 0.1922 -2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 t [s] 3 3.5 4 4.5 -3 x 10 Hình 2.12. Góc nảy đứng của súng trong trường hợp súng lắp và không lắp loa giảm giật tại thời điểm hết thời kỳ tác dụng sau cùng của khí thuốc 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 t [s] 0.5 0.6 0.7 0.8 Hình 2.13. Đồ thị biểu diễn chiều dài lùi của súng trong trường hợp súng không lắp và lắp loa giảm giật 2.8. Kết luận chƣơng 2 Các thông số thuật phóng trong và chuyển động của máy tự động tương đối chính xác so với các số liệu cho trong tài liệu [4], [7] (< 1%). Những đóng góp mới của luận án trong chương 2: - Đã xây dựng được mô hình nghiên cứu mới mô tả sát thực hệ vũ khí – giá hai chân – xạ thủ khi bắn, phù hợp với mô hình bắn của súng bắn tỉa cỡ nòng lớn trong thực tế. - Khác với các mô hình trước đây, luận án đã tiến hành giải đồng thời hệ phương trình (2.34). Khi tính toán đã tính đến sự biến thiên của tỉ số truyền 11 của các cơ cấu, cũng như đã đưa hầu hết các va chạm vào bài toán dao động, từ đó đã nâng cao được độ chính xác của lời giải. - Đã đưa ra thuật toán và lập được bộ phần mềm để giải hệ phương trình phi tuyến nói trên bằng ngôn ngữ Matlab. Chƣơng 3 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU CỦA SÚNG BẮN TỈA CỠ LỚN TRÊN CƠ SỞ PHÂN PHỐI NĂNG LƢỢNG HỢP LÝ PHÙ HỢP VỚI XẠ THỦ VIỆT NAM 3.1. Đặt vấn đề Xuất phát từ mô hình động lực của cơ hệ súng khi bắn tiến hành nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các tham số kết cấu tham gia trong các phần năng lượng của phát bắn đến độ ổn định của súng khi bắn. Thông qua kết quả khảo sát ảnh hưởng của các tham số kết cấu đến độ ổn định bắn của súng, chúng ta lựa chọn được các tham số kết cấu cụ thể trên cơ sở phân phối năng lượng phát bắn hợp lý nhất nhằm nâng cao độ chính xác bắn và phù hợp với xạ thủ Việt Nam. 3.2. Nghiên cứu xác định các tham số kết cấu của loa giảm giật 3.2.1. Nguyên lý làm việc của loa giảm giật Loa giảm giật có thể coi là một máy nhiệt sinh công từ nguồn năng lượng của khí thuốc phóng. 3.2.2. Loa giảm giật súng bắn tỉa 12,7 mm VN Loa giảm giật súng bắn tỉa 12,7mm VN như trên hình 3.1. Theo [6], [9], các yếu tố kết cấu ảnh hưởng tới hiệu quả của loa giảm giật như sau: a) Hình 3D b) Hình cắt bổ Hình 3.1. Loa giảm giật súng bắn tỉa 12,7mm VN - Lỗ thoát đầu đạn do: d0 = (1,11,2)d, với d là cỡ đạn. Với đạn cỡ 12,7mm ta chọn d0 = 0,0145 m (d0 = 1,1417d). - Số ngăn của loa giảm giật: n = 6 ngăn. - Diện tích lỗ phụt khí Fc: Fc=0,1985.10-3 m2. - Góc nghiêng lỗ phụt khí ψ: Góc nghiêng lỗ phụt khí ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của loa giảm giật và áp suất dư. 3.2.3. Nghiên cứu tính toán các đặc trưng của loa giảm giật 12 1) Hệ số đặc trƣng kết cấu . Hệ số đặc trưng kết cấu  quan hệ với kích thước và hình dạng của loa theo công thức [9], [45]: n (3.4)   K Bn   K G (1  n )cos i 1 2) Hiệu suất năng lƣợng . Hiệu suất năng lượng  của loa giảm giật được xác định bằng công thức [9], [45]: (3.10)  2  E  1   Q0  q  Q0H  1     q    1    3) Hiệu suất xung lƣợng J. Hiệu suất xung lượng J là hệ số đặc trưng cho độ giảm tương đối của xung lượng khối lùi. Nó được xác định bằng [9], [45]:  q J     1  1  q  (3.14) 3.2.4. Khoảng biến thiên của góc nghiêng lỗ phụt khí ψ Phạm vi biến thiên của góc nghiêng lỗ phụt khí là: 90° ≤ ψ < 180°. 3.2.5. Áp suất dư 3.2.5.1. Ảnh hƣởng của loa giảm giật tới xạ thủ bắn Sự ảnh hưởng của loa giảm giật tới xạ thủ bắn súng bắn tỉa 12,7mm chính là sự ảnh hưởng do sự tăng đột biến của áp suất tại vị trí xạ thủ do năng lượng dư của phát bắn gây ra (áp suất dư). 3.2.5.2. Áp suất dƣ tác dụng lên xạ thủ bắn Giá trị áp suất dư, phụ thuộc vào tọa độ của điểm kiểm tra (r, ) sẽ được tính theo công thức: 2k (3.26) p  (M2  1)p f(, , , r) . k 1 d 3.2.5.3. Vị trí xác định áp suất dƣ gây nguy hiểm nhất cho xạ thủ Vị trí áp suất dư gây nguy hiểm nhất chính là bên mắt trái xạ thủ có tọa độ (r, ) tương ứng là (1,3 m, 175º). 3.2.6. Kết quả tính toán. Kết quả tính toán các đặc trưng của loa giảm giật như trên các đồ thị hình 3.3 đến hình 3.6. Nhận xét kết quả tính toán: Theo các đồ thị trên: Khi hệ số đặc trưng kết cấu α = -0,1922, tương ứng với góc nghiêng lỗ phụt khí thuốc ψ = 123° (2,146 rad), thì hiệu suất xung lượng ΔJ = - 40%, hiệu suất năng lượng ΔE = -65,64% và áp suất dư tại vị trí nguy hiểm nhất đối với xạ thủ Δp = 1,82.104 pa. 13 -0.25 0.2 X: 1.571 Y: -0.2874 0.1 -0.3 0 -0.35 -0.1 J  X: 2.146 Y: -0.1922 X: 2.146 Y: -0.4 -0.2 -0.4 X: 2.356 Y: -0.4336 -0.3 -0.45 -0.4 X: 3.142 Y: -0.4939 -0.5 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 [rad] 2.6 2.8 3 -0.5 1.4 3.2 Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hệ số đặc trưng kết cấu α vào góc nghiêng lỗ phụt khí thuốc ψ 1.6 1.8 2 2.2 2.4 [rad] 2.6 2.8 3 3.2 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất xung lượng ΔJ vào góc nghiêng lỗ phụt khí thuốc ψ 4 -0.45 2.05 X: 1.571 Y: -0.5163 -0.5 x 10 2 1.95 -0.55 X: 2.82 Y: 2e+004  P() 1.9 X: 2.356 Y: 1.896e+004 1.85 E  P [Pa] -0.6 -0.65 X: 2.356 Y: -0.6936 X: 2.146 Y: -0.6564 1.8 X: 2.146 Y: 1.82e+004 1.75 -0.7 1.7 1.65 -0.75 X: 3.142 Y: -0.7551 -0.8 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 [rad] 2.6 2.8 3 1.6 3.2 1.55 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 [rad] Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất năng lượng ΔE vào góc nghiêng lỗ phụt khí thuốc ψ Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộccủa áp suất dư Δp theo góc nghiêng lỗ phụt ψ 3.2.7. Ảnh hưởng của loa giảm giật tới độ ổn định bắn của súng Khi giữ nguyên các thông số của các kết cấu khác, thay đổi góc nghiêng của lỗ phụt khí thuốc ψ, ta được kết quả như sau: -4 18 Do thi dich chuyen vai nguoi khi co loa va khong loa x 10 0.06 X: 0.00405 Y: 0.001768 16 12 X: 0.00405 Y: 0.0008683 10 8 X: 0.00405 Y: 0.0008385 6 4 2 Khong loa 0.04 X: 0.8 Y: 0.03447 0.03 X: 0.8 Y: 0.03289 0.02 Khong loa 0.01 Loa  =135o 0 Dich chuyen vai nguoi [m] Goc nay cua sung  [rad] X: 0.8 Y: 0.05665 0.05 14 Loa  =135o Loa  =120o -2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Thoi gian [s] 3 3.5 4 Loa  =120o 4.5 -3 x 10 Hình 3.9. Góc nảy đứng khi hết thời kỳ tác dụng sau cùng của khí thuốc 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 t [s] 0.5 0.6 0.7 0.8 Hình 3.11. Dịch chuyển lùi của điểm tỳ vai 14 3.2.8. Lựa chọn tham số kết cấu của loa giảm giật Góc nghiêng lỗ phụt khí thuốc được lựa chọn hợp lý nhất là ψ=135°. Đặc trưng xung lượng ΔJ = 43,36%, đặc trưng năng lượng ΔE = 69,36% và áp suất dư tại vị trí nguy hiểm nhất Δp = 1,896.104 pa. 3.3. Nghiên cứu xác định tham số kết cấu giảm chấn 3.3.1. Ảnh hưởng của độ cứng đệm tỳ vai đến độ ổn định bắn của súng Thay đổi giá trị CD trong bài toán ổn định của súng khi bắn (hệ phương trình 2.34) và giữ nguyên kết cấu khác của súng. Kết quả tính toán cho thấy: - Khi tăng độ cứng kết cấu của đệm tỳ vai thì khoảng dịch chuyển của điểm tỳ vai giảm dần. - Dịch chuyển lớn nhất của điểm tỳ vai khi độ cứng kết cấu của đệm tỳ vai CD = 105 N/m là L1000 = 36,48 mm > [L] = 35mm. Các loại đệm tỳ vai còn lại đều có thể áp dụng cho súng bắn tỉa 12,7mm VN. 3.3.2. Lựa chọn độ cứng kết cấu đệm tỳ vai súng bắn tỉa 12,7mm VN Theo kết quả tính toán trên, độ cứng kết cấu của đệm tỳ vai CD ≥ 12,5.104 N/m đều có thể sử dụng cho súng bắn tỉa 12,7mm VN. Để đánh giá, lựa chọn độ cứng của đệm tỳ vai, luận án đã tiến hành bắn thử trực tiếp trên súng. Theo kết quả bắn thử nghiệm, giá trị độ cứng CD của đệm tỳ vai hợp lý nhất dùng cho súng bắn tỉa 12,7mm VN là CD = 15.104 N/m. Tương ứng với độ cứng kết cấu trên, độ cứng của vật liệu chế tạo là 50 (shore). 3.4. Lò xo đẩy về và đƣờng kính của lỗ trích khí Φ 3.4.1. Ảnh hưởng của đường kính lỗ trích khí tới áp suất buồng khí Khi giữ các thông số đầu vào của bài toán thuật phóng trong không đổi, thay đổi đường kính lỗ trích khí Φ một lượng nhỏ thì áp suất trong buồng khí thay đổi rất lớn. 3.4.2. Ảnh hưởng của đường kính lỗ trích khí tới sự hoạt động của máy tự động Khi giữ các tham số kết cấu của súng không đổi, thay đổi đường kính lỗ trích khí được kết quả vận tốc chuyển động của bệ khóa nòng như trên hình 3.14 và bảng 3.4. Bảng 3.4. Vận tốc của bệ khóa nòng ở vị trí sau cùng theo lỗ trích khí TT 1 2 3 4 5 6 Đƣờng kính lỗ trích khí (m) 1,8.10-3 2,0.10-3 2,1.10-3 2,2.10-3 2,4.10-3 2,6.10-3 Vận tốc của bệ khóa nòng ở vị trí sau cùng (m/s) 0,1358 0,3292 1,848 3,722 Ghi chú 15 8  =1,8mm  =2,0mm  =2,2mm  =2,4mm  =2,6mm 6 X: 0.05025 Y: 3.722 Van toc be khoa [m/s] 4 X: 0.06578 Y: 1.848 2 X: 0.08287 Y: 0.3292 0 -2 -4 -6 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Thoi gian t(s) 0.12 0.14 0.16 0.18 Hình 3.14. Ảnh hưởng của đường kính lỗ trích khí tới vận tốc chuyển động của bệ khóa nòng Nhận xét kết quả tính toán: Theo đồ thị hình 3.14 và bảng 3.4, khi thay đổi đường kính lỗ trích khí thì vận tốc bệ khóa nòng tại vị trí sau cùng thay đổi lớn. Khi đường kính lỗ trích khí Φ = 1,8.10-3; 2,0.10-3 m thì đồ thị biểu diễn vận tốc chuyển động của bệ khóa nòng không thể hiện đúng, bệ khóa nòng trong hai trường hợp này không chuyển động hết về vị trí sau cùng. 3.4.3. Lựa chọn đường kính lỗ trích khí Đường kính lỗ trích khí được lựa chọn hợp lý nhất là Φ = 2,2.10-3 m. 3.5. Ảnh hưởng của khối lượng thu gọn của xạ thủ đến độ ổn định của súng khi bắn Theo [9], [24] và [45] thì khối lượng thu gọn của xạ thủ tham gia vào khối lượng chuyển động của súng MN = (15…20) kg là tương đối phù hợp với xạ thủ Việt Nam. Khi bắn súng bắn tỉa 12,7mm VN, góc nảy tương ứng là γ = 2,88...2,69 phút < [] = 3 phút [4]. Như vậy, sự lựa chọn các tham số kết cấu của súng bắn tỉa 12,7mm VN có góc nghiêng lỗ phụt khí thuốc của loa giảm giật ψ = 135°, độ cứng kết cấu của đệm tỳ vai CD = 15.104 kG/dm, đường kính của lỗ trích khí Φ = 2,2.10-3m là hợp lý trong việc phân phối năng lượng phát bắn, phù hợp với tầm vóc của xạ thủ Việt Nam. 3.6. Kết luận chƣơng 3 - Luận án đã nghiên cứu và tính toán được các thông số đặc trưng của loa giảm giật đầu nòng súng bắn tỉa 12,7mm VN, đã đặt ra và giải quyết trọn vẹn mối quan hệ giữa hệ số xung lượng kết cấu α, đặc trưng năng lượng ΔE, đặc trưng xung lượng ΔJ và áp suất dư Δp; - Bằng sự ảnh hưởng của các tham số kết cấu tới độ ổn định bắn, luận án đã xác định được một số tham số kết cấu trên cơ sở phân phối năng lượng hợp lý phù hợp với xạ thủ Việt Nam. 16 - Đưa ra cơ sở khoa học giúp định hướng cho quá trình khai thác và sử dụng súng bắn tỉa cỡ nòng lớn nhập khẩu và chế tạo mới. Chƣơng 4 THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ KHI BẮN 4.1. Mục đích thực nghiệm Mục đích nghiên cứu thực nghiệm bao gồm 2 phần: - Đo đạc xác định các thông số đầu vào của bài toán lý thuyết: thông số kết cấu, các đặc trưng động lực học cơ bản của cơ hệ... - Xác định các thông số động lực học của hệ khi bắn trong điều kiện xác định làm cơ sở đánh giá mức độ hợp lý của mô hình tính toán lý thuyết. 4.2. Xác định các thông số ban đầu Xác định các đặc trưng động lực học của cơ hệ Các đặc trưng động lực học của cơ hệ cần xác định bao gồm: - Xác định các mô men quán tính của các vật thuộc cơ hệ; - Xác định véc tơ định vị khối tâm của các vật thuộc cơ hệ. Phương pháp thực nghiệm mô phỏng bằng phần mềm solidwork. Xác định các thông số liên kết vai: Các thông số đặc trưng liên kết vai đối với xạ thủ Việt Nam: - Độ cứng trung bình của vai xạ thủ: CN = (1300…2000) N/m; - Hệ số cản nhớt vai xạ thủ: 4,5.103 Ns/m; - Phản lực trung bình ban đầu của xạ thủ: (15…110) N; - Khối lượng thu gọn của phần chuyển động của xạ thủ tham gia vào khối lượng chuyển động của súng bằng (15…20) kg. Xác định các thông số của nền đặt bắn Theo [16], với đất đồi núi Việt Nam (thuộc dạng đá ba lát, sỏi, sét ẩm, cát trầm tích, sét phong hoá…) thì Cd  5.106 N/m; bd  104 N.s/m. 4.3. Xác định các đặc trƣng động lực học của hệ khi bắn 4.3.1. Đo xung lực của phát bắn tác dụng lên xạ thủ từ đó xác định được hiệu suất của loa giảm giật đầu nòng có góc nghiêng lỗ phụt khí ψ = 135° 4.3.1.1. Mục đích Xác định xung lực của phát bắn trong trường hợp lắp loa giảm giật đầu nòng có góc nghiêng lỗ phụt khí ψ = 135° và không lắp loa giảm giật, từ đó xác định được hiệu suất xung lượng của loa giảm giật. 4.3.1.2. Phƣơng pháp thực nghiệm Súng được gá chắc chắn trên giá thử nghiệm sao cho hạn chế được 5 bậc tự do, còn lại 1 bậc tự do là chuyển động của súng theo phương trục nòng súng. Đầu đo được lắp phía sau thân súng (hình 4.6).