Nghiên cứu một số biện pháp nâng cao độ chính xác khi bắn của súng tự động cầm tay

Nghiên cứu một số biện pháp nâng cao độ chính xác khi bắn của súng tự động cầm tay

Bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng

Học viện kỹ thuật quân sự

Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật

Hà Nội - 2010

Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà

nước họp tại: Phòng bảo vệ luận án Tiến sĩ, tầng 2, nhà A9, Học viện

KTQS (100 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội)

Vào hồi 08 giờ 30 phút ngày 22 tháng 01 năm 2010

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia

- Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân sự

danh mục công trình của tác giả

1 Uông Sỹ Quyền (2005), “ảnh hưởng chuyển động của khâu cơ sở đến

chuyển động của vũ khí tự động khi bắn”, Tạp chí Kỹ thuật và Trang

bị, số 53 tháng 2 năm 2005 tr 26-27

2 Uông Sỹ Quyền, Trương Đức Minh (2007), “Một số phương án nâng

cao độ ổn định của súng tự động cầm tay khi bắn”, Tạp chí Kỹ thuật

và Trang bị, số 81 tháng 6 năm 2007 tr 43-45

3 Trương Tư Hiếu, Uông Sỹ Quyền (2008), “Sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định các thông số động lực học của vũ khí tự động khi

bắn”, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, số 123 (II-2008) tr 118-123

4 Uông Sỹ Quyền (2008), “Khảo sát ảnh hưởng của loa bù khí kết hợp hãm lùi đến ổn định của vũ khí tự động cầm tay khi bắn loạt bằng

thực nghiệm”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự, số 23 (II-2008) tr 80-83

Mở đầu Tính cấp thiết của đề tài: Trong chiến tranh hiện đại, người lính

sẽ là yếu tố cuối cùng quyết định đến cục diện trên chiến trường Vì vậy tất cả các nước trên thế giới đều tập trung phát triển vũ khí trang

bị cho bộ binh trong đó có súng tự động cầm tay Thực hiện chủ trương phát huy nội lực từng bước tự sản xuất, trang bị cho quân đội, trong thời gian gần đây ở nước ta một loạt dự án chế tạo vũ khí đã

được triển khai thực hiện Để thực sự làm chủ được cả quá trình và có thể tự thiết kế ra những loại trang bị phù hợp với cách đánh và con người Việt Nam thì đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu hơn về bản chất các hiện tượng xảy ra khi bắn Trong thiết kế vũ khí tự động cỡ nhỏ, một bài toán rất quan trọng là đánh giá độ ổn định của hệ khi bắn vì độ ổn định là một trong những yếu tố quyết định đến độ chính xác bắn Sự phát triển súng tự động cầm tay ở các nước có thể theo các xu hướng khác nhau nhưng cơ bản đều tập trung giải quyết tốt sự tương thích giữa súng với tâm lý và sức khỏe của xạ thủ Trên cơ sở

đó tăng khả năng làm việc tin cậy cho các bộ phận và cơ cấu của súng

và nâng cao độ chính xác bắn cho súng Xuất phát từ những đòi hỏi

trên, đề tài: “Nghiên cứu một số biện pháp nâng cao độ chính xác

khi bắn của súng tự động cầm tay” nhằm thiết lập mô hình bài toán

dao động của hệ súng-xạ thủ trong không gian để khảo sát, đánh giá

và đề ra một số biện pháp nâng cao độ chính xác bắn của súng cũng như hiệu quả quá trình khai thác, cải tiến và thiết kế loại trang bị này

Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng mô

hình tính toán ổn định của hệ súng-xạ thủ, từ đó xác định một số biện pháp nâng cao độ chính xác bắn của súng tiểu liên Kết quả nghiên cứu góp phần định hướng cho việc cải tiến, thiết kế cũng như lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý để nâng cao độ chính xác bắn cho súng

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Lấy đối tượng là súng tiểu

liên làm cơ sở để xây dựng mô hình bài toán cho các loại súng tự

động cầm tay khi bắn có kể tới mối liên kết giữa súng-xạ thủ Từ đó khảo sát mô hình tính toán để đề ra biện pháp nâng cao độ chính xác khi bắn của súng áp dụng cho mẫu điển hình là tiểu liên AKM

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực

nghiệm xác định các thông số đầu vào và đo các thông số đặc trưng cho độ ổn định của hệ súng-xạ thủ để đánh giá độ chính xác bắn

ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Bổ sung và hoàn

thiện mô hình tính toán động lực học để đánh giá độ chính xác bắn Xây dựng cơ sở khoa học lựa chọn biện pháp nâng cao độ chính xác bắn của súng tự động cầm tay Bổ sung và hoàn chỉnh cho bài toán khảo sát, đánh giá chất lượng khi thiết kế súng tự động cầm tay

Nội dung nghiên cứu: Luận án gồm phần mở đầu và bốn chương

thuyết minh cùng với danh mục các bài báo đã công bố, kết luận và phần phụ lục Có 54 hình, 29 bảng, sử dụng 78 tài liệu tham khảo

Chương 1 Tổng quan 1.1 Độ chính xác bắn và độ ổn định của súng tự động cầm tay

Độ chính xác bắn của súng pháo bao gồm hai yếu tố: Độ chụm và

độ trúng Để đánh giá độ chính xác bắn của súng tự động cầm tay

không có ngòi nổ thường sử dụng bia đặt thẳng đứng để bắn thử

tâm tản mát Độ trúng được quyết định bởi cơ cấu ngắm và khả năng ngắm bắn của xạ thủ

1.1.3 Độ chính xác bắn của súng tự động khi bắn phát một

Lấy tâm mục tiêu làm gốc tọa độ, trục Z hướng thẳng đứng, trục Y vuông góc với mặt phẳng bắn thì tọa độ của điểm chạm trung bình trên bia sẽ là: (với: n là số phát bắn; zi, yi:các sai lệch của phát bắn thứ i)

n

i i

tb

z z

y y

2 1

C

z z L

H

y y L

1.1.4 Độ chính xác bắn của súng tự động khi bắn liên thanh

Hầu hết các súng tự động cầm tay sau mỗi phát bắn trục nòng súng không trở về ngay vị trí ban đầu mà bị lệch đi một góc nhất định về tầm và về hướng Theo [32] đã tính toán các giá trị đặc trưng cho độ chính xác bắn của súng tự động cầm tay khi bắn liên thanh với nhóm bắn được chia làm u loạt, mỗi loạt gồm m phát như sau:

2

m ij u

i j lt tb

z

m z

;

2

m ij u

i j lt tb

y

m y

C

z z L

H

y y L

- Sai lệch trung bình về độ cao

và về hướng của các viên đạn

bắn liên thanh trong nhóm bắn:

của nó thay đổi trong phạm vi cho phép ở thời điểm bắn từng phát trong loạt Độ ổn định của súng tự động khi bắn không quyết định hoàn toàn nhưng ảnh hưởng lớn đến độ chính xác bắn [1], [5], [6] Đối với súng tự động cầm tay, khi bắn liên thanh độ chụm của súng hầu như được quyết định hoàn toàn bởi ổn định của súng

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Để nâng cao độ chính xác bắn cho súng tự động cầm tay, đã có hàng loạt các giải pháp được nghiên cứu tương ứng với mỗi giai đoạn phát triển khác nhau của vũ khí tự động cầm tay Qua các tài liệu có

được thì bao gồm những biện pháp cơ bản sau:

1 Lắp thiết bị bù khí đầu nòng; 2 Thay đổi vị trí trọng tâm các

bộ phận của súng, giảm các cánh tay đòn của các lực tác dụng so với

điểm tỳ vai; 3 Lắp thêm giảm va để giảm vận tốc va chạm giữa bệ khoá và hộp súng ở vị trí sau cùng; 4 Sử dụng nguyên lý nòng lùi, kéo dài thời gian tác dụng của khối lùi lên hộp súng để giữ độ ổn định cho súng khi bắn; 5 Sử dụng cơ cấu ngắm có độ chính xác cao hơn: như kính ngắm quang học (súng AKMN), kính ngắm phản chiếu đa dụng (súng UZI); 6 Tích hợp hệ thống ngắm bắn, tự động tính toán phần tử bắn thông qua máy tính chuyên dụng lắp trên súng, sử dụng

hệ thống định vị mục tiêu kết hợp khả năng bắn ngày cũng như đêm

Từ các biện pháp kể trên cũng như các nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ chính xác bắn của súng tự động cầm tay phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc

động lực học của hệ súng-xạ thủ Vì vậy xuất phát từ việc nghiên cứu các đặc trưng động lực học của hệ khi bắn, qua đó đánh giá và đề xuất các biện pháp nâng cao độ chính xác bắn Bài toán phân tích động lực học của vũ khí tự động cầm tay khi bắn có tính đến chuyển động thực của nó trong không gian là bài toán tổng quát nhất của việc nghiên cứu động lực học của súng tự động Dao động của vũ khí tự động khi bắn loạt là vấn đề rất quan trọng cần được quan tâm đúng mức

Xuất phát từ yêu cầu đó, trên thế giới có rất nhiều nhà khoa học đã quan tâm giải quyết bài toán này Tuy vậy do là các công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực quân sự nên không phải tất cả đều được công bố Qua các tài liệu có được thì có thể thấy một số mô hình tiêu biểu sau:

1.2.1 Ngoài nước

Phương pháp của V.M.Kirillop và các tác giả trường cao đẳng

kỹ thuật quân sự Penza: các tác giả đã đưa ra hai mô hình sử dụng

các giả thiết: Mô hình động lực học của hệ vũ khí-xạ thủ được xem như ở dạng sơ đồ lý tưởng; Phản xạ có ý thức của xạ thủ trong thời gian bắn loạt ngắn không kể đến trong tính toán; Tác dụng của xạ thủ trong thời gian bắn loạt ngắn lên vũ khí được thay thế bằng tác dụng của lò xo với các đặc tính không thay đổi và được xác định hoàn toàn Mô hình thứ nhất xác định các đặc trưng chuyển động đồng thời của các cơ cấu máy tự động và vũ khí trong không gian nhưng mối liên kết giữa vũ khí và xạ thủ chỉ là liên kết đàn hồi Mô hình thứ hai kể

đến mối liên kết đàn nhớt giữa vũ khí-xạ thủ và giữa xạ thủ-nền đặt bắn, phần này các tác giả mới trình bày mô hình tính toán mà chưa có lời giải cụ thể, chưa đưa ra phương trình tính toán [65]

Phương pháp tính toán dao động của hệ vũ khí tự động cầm tay-xạ thủ theo biểu đồ xung lực: Để xác định các đặc trưng chuyển

động của súng trong mặt phẳng đứng khi bắn, giả thiết rằng khối tâm của hộp súng và của phần chuyển động nằm trong cùng một mặt phẳng thẳng đứng, các lực tác dụng cũng nằm trong mặt phẳng này Coi khối lượng của phần chuyển động là không đổi Sử dụng biểu đồ xung lực tác dụng lên hộp súng, thiết lập hệ phương trình vi phân dao

động của súng, xác định góc quay và dịch chuyển của súng [6]

1.2.2 Trong nước

Khi xây dựng mô hình, tác giả Lê Văn Thao đã đưa ra mô hình

tính toán trên cơ sở phân tích những đặc điểm của hệ xạ thủ-súng tự

động cầm tay, dựa trên một số giả thiết [32]: Vũ khí rất cứng so với cơ bắp xạ thủ, tác dụng của xạ thủ lên vũ khí được thay thế bằng liên kết đàn nhớt, khi bắn có một phần khối lượng của xạ thủ tham gia chuyển động cùng với vũ khí trong không gian Đưa cơ hệ xạ thủ-súng tự động cầm tay về mô hình gồm có: hộp súng, khâu chủ động, các khâu làm việc của máy tự động và giảm va được liên kết với nhau bằng các chi tiết đàn hồi hoặc đàn nhớt Sử dụng phương trình Lagrange loại 2 thiết lập hệ phương trình miêu tả chuyển động của hệ

Kết luận chương 1

Có nhiều các giải pháp kết cấu để nâng cao độ chính xác bắn của súng như trang bị hệ thống ngắm công nghệ cao tích hợp nhiều tính năng có thể bắn chính xác cả ngày lẫn đêm Nhưng xuất phát từ nghiên cứu đặc trưng động lực học của hệ súng-xạ thủ là hướng chủ yếu để đề ra biện pháp nâng cao độ chính xác bắn của súng Qua việc phân tích các công trình nghiên cứu đã được công bố về dao động của súng cầm tay khi bắn có thể thấy một số vấn đề sau:

1 Hầu hết các tác giả trong các công trình nghiên cứu của mình

đều cố gắng đưa ra được mô hình tính toán phù hợp nhất với loại trang bị hiện có và khả năng giải quyết bài toán tương ứng với phương tiện tính toán cùng thời điểm Một số mô hình chỉ mới kể tới tác động của xạ thủ lên hệ như một phần tử đàn hồi thụ động hoặc một tải trọng không đổi;

2 Các công trình nghiên cứu trước đây chưa thật sự đánh giá được một cách đầy đủ những yếu tố nào có ảnh hưởng lớn tới sự ổn định của hệ khi làm việc và từ đó định hướng cho quá trình thiết kế, cải tiến và khai thác nhằm mục tiêu nâng cao độ chính xác bắn cho súng Nhất là với điều kiện con người và cách đánh của Việt Nam trong giai

đoạn hiện nay

Chương 2 Xây dựng mô hình khảo sát ổn định

của hệ Súng - Xạ thủ trong không gian

2.1 Đặt vấn đề

Qua các mô hình đã nghiên cứu về cơ hệ súng-xạ thủ trong chương 1 cho ta thấy rằng các mô hình đều đã cố gắng mô tả sát thực nhất ở mức độ có thể quá trình động lực của cơ hệ Tuy vậy, mô hình gần đây nhất cũng chỉ có thể khảo sát cơ hệ trong hai mặt phẳng: thẳng đứng và nằm ngang [32] Hiện nay do phần cứng và các phần mềm ứng dụng đã phát triển vượt bậc vì vậy cho phép chúng ta có thể thiết lập và khảo sát mô hình tổng quát hơn: khảo sát ổn định của hệ súng-xạ thủ khi bắn trong không gian theo mô hình cơ học hệ nhiều vật và mô hình hệ cơ-sinh học Trên cơ sở đó có thể xem xét, đánh giá

để xác định giải pháp nâng cao độ chính xác bắn cho súng

Cos Sin Sin Cos

r Q

2.3 Thiết lập mô hình tính toán

2.3.1 Các giả thiết cơ bản

Trên cơ sở phân tích hoạt động, tính chất của hệ súng-xạ thủ, đưa

ra các giả thiết: Coi cơ hệ là hệ nhiều vật, mỗi vật là vật rắn tuyệt đối Khối lượng phân bố của vật được thay thế bằng khối lượng tập trung

và mô men quán tính đặt tại khối tâm các vật Lực tác dụng của xạ thủ lên hệ được mô hình hoá là hệ đàn nhớt theo 3 phương tịnh tiến (Thay thế tác dụng của vai và tay trái xạ thủ bằng lò xo có độ cứng

KV, KT; giảm chấn có hệ số cản nhớt CV, CT theo các phương tương ứng) Theo [6] giả thiết qui tác dụng tay phải về điểm tựa vai Các khâu làm việc coi như các chất điểm có khối lượng đặt tại điểm tiếp xúc, chuyển động tương đối với vật 2 là các chuyển động song phẳng

2.3.2 Mô hình cơ hệ

Hình 2.1 Mô hình cơ hệ

Những đặc điểm và đặc trưng của hệ súng-xạ thủ

Theo [32] hệ thống súng-xạ thủ có những đặc điểm và đặc trưng:

Hệ thống súng-xạ thủ là hệ cơ sinh Chuyển động của súng tự

động cầm tay trong không gian khi bắn phức tạp, không chỉ phụ thuộc vào bản thân kết cấu vũ khí mà còn phụ thuộc phản lực của xạ thủ đến

vũ khí Với xạ thủ trung bình của Liên xô có: Độ cứng của điểm tựa

vai từ 1300 – 1900 N/m, của điểm tựa tay từ 500 – 800 N/m; Khối lượng tham gia chuyển động của xạ thủ từ 20 – 25 kg; Hệ số cản thay

thế của vai xạ thủ: 6000 Ns/m, của tay xạ thủ từ 500 – 1500 Ns/m

2.3.3 Chọn hệ trục tọa độ

Gắn cho hệ và mỗi vật thuộc hệ một hệ trục tọa độ Đề các: Hệ toạ

độ cố định (hệ toạ độ đất) O0; Hệ tọa độ động O1 gắn chặt với vật 1;

Hệ toạ độ động O2 gắn chặt với vật 2; Hệ toạ độ động O3 gắn chặt với vật 3; Hệ toạ độ động O i có gốc trùng trọng tâm ban đầu của vật i

Tác dụng của xạ thủ: Tác dụng của xạ thủ lên súng là lực của cơ

bắp xạ thủ tác dụng lên súng, nó gồm lực tỳ vai đặt ở tâm quay của vũ khí và lực giữ của tay có điểm đặt ở ốp che tay dưới Lực của xạ thủ

có tác dụng làm cho súng ổn định khi bắn (hình 2.2)

định lực của khí thuốc tác dụng cần giải đồng thời hệ phương trình thuật phóng trong (2.8), nhiệt động buồng khí (2.12)

Hình 2.3 Sơ đồ khối mở rộng tính toán MTĐ kiểu trích khí

Từ phương trình (2.7) áp dụng cho mô hình trình bày ở hình 2.1 xác định được hệ 8 phương trình vi phân bậc 2 mô tả các chuyển động của hệ với 8 bậc tự do Do khâu làm việc có quan hệ truyền động với khâu cơ sở thông qua các liên kết cam Sử dụng các phương trình quan hệ theo [11], [54] thay vào và biến đổi ta nhận được hệ 7 phương trình vi phân bậc 2 độc lập Giải đồng thời hệ phương trình vừa nhận

được với 2 hệ phương trình vi phân thuật phóng trong (2.8) và nhiệt

p,W,ω p,pb

G X,V

Pt TPT (2.8)

Pt Buồng khí (2.12)

Pt MTĐ

Pt dao động

X, p

động buồng khí (2.12) sẽ cho ta quy luật chuyển động của hệ khi bắn (hình 2.3)

Áp suṍt [MPa]

1: Áp suṍt trong nòng 2: Áp suṍt buụ̀ng khí

1

2

Đụ̀ thị chuyờ̉n đụ̣ng bợ̀ khóa nòng

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6

Dịch chuyờ̉n bợ̀ khóa [m]

1: Vọ̃n tụ́c bợ̀ khóa 2: Dịch chuyờ̉n bợ̀ khóa

độ ảnh hưởng của một số thông số tới độ chính xác bắn của súng

2.6 Xây dựng mô hình khảo sát dao động của hệ súng-xạ thủ theo quan điểm hệ cơ-sinh học

Dựa trên các nghiên cứu về giải phẫu cơ thể người, các đặc trưng về thuộc tính cơ học của xương, cơ bắp cũng như các mác vật liệu khác

điểm đạn rời miệng nòng (hình 2.12):

1

2

Nhận xét: Dịch chuyển của điểm đầu nòng theo phương Z có giá trị âm và nhỏ hơn so với điểm tâm súng do vậy góc nẩy tại thời điểm

đạn rời miệng nòng có giá trị âm Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả chỉ ra trong [68] Dịch chuyển theo phương ngang (Y) là tương

đối nhỏ tính đến thời điểm đạn rời miệng nòng

Các kết quả khảo sát kết hợp với kết quả bắn thực nghiệm được sử dụng để thiết kế, chế tạo các thiết bị nhằm giảm sai số ngắm bắn (ví

dụ kính ngắm phản chiếu đa dụng, các phương án gá lắp các loại kính ngắm quang học khác nhau)

Kết luận chương 2

1 Mô hình tính toán hệ súng-xạ thủ đã thiết lập là mô hình dao

động của hệ nhiều vật trong không gian nên đã đưa bài toán lý thuyết

đến gần hơn với mô hình thực tế Mô hình cơ-sinh có kể đến biến dạng của hệ khi bắn lý giải được hiện tượng góc nẩy âm của súng khi bắn vào thời điểm đạn rời miệng nòng; 2 Đã đưa ra thuật toán và lập chương trình để giải hệ phương trình tính toán hệ súng-xạ thủ bằng ngôn ngữ Maple Giải đồng thời hệ phương trình phi tuyến thuật phóng trong và nhiệt động buồng khí với hệ phương trình chuyển

động của máy tự động và phương trình dao động của hệ; 3 Kết quả tính toán là phù hợp với kết quả đo động lực học của hệ khi bắn với sai số < 10% Điều đó cho phép kết luận phương pháp xây dựng mô hình và giải bài toán là phù hợp

Chương 3 nghiên cứu một số biện pháp nâng cao độ chính

xác bắn của súng 3.1 Đặt vấn đề

Phân tích các mô hình đã nghiên cứu về cơ hệ súng-xạ thủ trong chương 1, 2 cho thấy rằng để nâng cao độ chính xác bắn của súng tự