Giới thiệu
1.1.1Giới thiệu về thiết bị phóng đầu phóng mang phao tự thổi cho cứu hộ:
Thiết bị phóng đầu phóng mang phao cứu hộ kéo theo dây mồi được thiết kế để ứng cứu khẩn cấp cho người và phương tiện gặp nạn trên sông biển, đặc biệt trong những tình huống mà các phương tiện cứu hộ thông thường khó tiếp cận.
Thiết bị phóng phao tự thổi là giải pháp lý tưởng cho các tàu thuyền hoạt động trên sông và biển, phục vụ cho lực lượng cứu hộ, quân đội, cảnh sát biển, vận tải hàng hóa và ngư dân Ngoài ra, thiết bị này cũng hỗ trợ lực lượng cứu hộ trên bờ trong việc cứu người gặp nạn gần bờ.
Khi phóng, đầu phóng chứa phao cứu hộ nhanh chóng được gửi đến mục tiêu cần cứu cấp, kéo theo dây mồi Khi đầu phóng chạm nước, sau 3÷10 giây, phao sẽ tự thổi và nổi lên mặt nước Khi mục tiêu tiếp cận phao, lực lượng cứu hộ sẽ thực hiện các phương án ứng cứu cụ thể từ xa.
- Cứu người gặp nạn trên sông trên biển từ người trên bờ;
- Cứu người gặp nạn trên sông, trên biển từ người trên tàu, thuyền;
- Cứu người gặp nạn bị cuốn trôi khi có lũ quét;
- Vận tải ứng cứu giữa tàu với đất liền;
- Vận tải ứng cứu giữa tàu với tàu trên sông, biển
1.1.2Lịch sử và phát triển :
Thiết bị phóng có nguồn gốc từ rất lâu, bắt đầu từ súng cổ như đại bác, với đầu phóng đơn giản là một khối kim loại nặng được kéo theo dây thừng lớn Thiết bị này chủ yếu phục vụ cho mục đích quân sự, giúp ứng cứu và vận chuyển người cũng như phương tiện, đồng thời tạo điều kiện kết nối và liên lạc nhanh chóng giữa các khu vực bị chia cắt.
1 Tên gọi: đầu phóng phao mang (kéo) dây mồi và đầu phóng dây mồi mang phao được hiểu là như nhau
12 hình 1 1Súng thần công bắn dây mồi hình 1 2 Vận chuyển ở những nơi chia cắt thông qua thiết bị
Trong thời đại hiện đại, việc phóng dây bằng súng quân dụng nhỏ (hình 1.3) đã trở thành một phương pháp tiện lợi và linh hoạt, với dây mồi có đường kính nhỏ được kéo theo để hỗ trợ việc kéo dây thừng lớn hơn Phương pháp này vẫn được áp dụng rộng rãi trong các lực lượng hải quân và cứu hộ ở nhiều quốc gia Với sự phát triển sôi động của các hoạt động kinh tế trên biển như vận tải, du lịch và đánh bắt cá, nhu cầu sử dụng thiết bị này ngày càng gia tăng, không chỉ giới hạn trong quân đội hay các lực lượng chức năng.
Có 13 kiểu phóng đa dạng dựa trên nhiều nguyên lý khác nhau như lò xo, khí nén và động cơ phản lực Các đầu phóng cũng rất phong phú, bao gồm phóng dây mồi, phao cứu hộ và đầu móc cho thang leo.
Các sản phẩm tương tự và nghiên cứu liên quan
Nhiều quốc gia trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng thành công các thiết bị phóng đầu phóng mang theo dây mồi để phục vụ hiệu quả cho các nhiệm vụ cứu hộ cứu nạn, dựa trên các nguyên lý tiêu biểu.
- Nguyên lý phóng bằng súng quân dụng(hình 1.5):
Các nước trên thế giới đã tận dụng súng quân dụng sẵn có từ các lực lượng quân đội, cảnh sát và cứu hộ để chế tạo đầu phóng lắp trên súng Khi bắn, đầu phóng sẽ kéo theo dây mồi đến mục tiêu, từ đó thực hiện các nhiệm vụ ứng cứu cần thiết Năng lượng để phóng đầu phóng được tạo ra từ áp suất khí thuốc của viên đạn hơi hoặc động năng va chạm của đạn chiến đấu Để đạt được tầm phóng xa, liều thuốc trong đạn hơi phải lớn hơn so với các loại đạn thông thường Tại Việt Nam, chỉ có các lực lượng chức năng như quân đội và cảnh sát biển mới được phép sử dụng thiết bị này.
Hệ thống phóng đầu phóng mang dây mồi
Phóng trên các súng quân dụng
Phóng bằng đạn chiến đấu
Phóng trên thiết bị chuyên dụng
Phóng bằng động cơ phản lực
Phóng bằng lò xo nén
15 hình 1 5 Tổ hợp phóng dây mồi CG85 trên súng quân dụng (Mỹ)
- Nguyên lý phóng bằng động cơ phản lực (hình 1.6):
Việc phóng đầu phóng bằng động cơ phản lực dựa vào năng lượng từ khí thuốc cháy trong buồng phản lực Mặc dù áp suất ban đầu khi phóng không cao, nhưng nó được duy trì lâu dài, giúp giữ tầm phóng ở khoảng cách xa Các thiết bị phóng này thường là chuyên dụng, như thiết bị phóng dây mồi Lange bằng động cơ phản lực từ Trung Quốc.
- Nguyên lý phóng bằng lò xo (hình 1.7):
Năng lượng phóng từ lò xo được nén và giải phóng ngay lập tức giúp đầu phóng bay đi Để đạt được tầm phóng lớn, lò xo cần có kết cấu và độ cứng cao, điều này gây khó khăn trong việc sử dụng và làm cho nguyên lý này ít được áp dụng rộng rãi.
- Nguyên lý phóng bằng khí nén(hình 1.8):
Khí nén, thường là CO2, được chứa trong buồng thể tích với áp suất cao lên đến hàng chục MPa Khi van khí mở, áp suất lớn được giải phóng nhanh chóng, tạo ra năng lượng mạnh mẽ để phóng đầu phóng Mặc dù năng lượng khí nén không lớn bằng các loại năng lượng hỏa thuật khác, nhưng nhờ tính phổ biến, an toàn, khả năng nạp lại và sự phát triển nhanh chóng của công nghệ khí nén, nó đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị trên toàn thế giới.
17 hình 1 9 Các thiết bị phóng phao bằng khí nén khác nhau
Phóng bằng nguyên lý triệt âm mang lại ưu điểm vượt trội là không tạo ra âm thanh hay khói lửa đầu nòng, đồng thời tầm phóng của thiết bị này cũng khá lớn Để làm rõ hơn về nguyên lý này và làm cơ sở cho việc lựa chọn ứng dụng vào thiết bị nghiên cứu, tác giả đã dành một mục riêng để phân tích chi tiết.
Việc cứu hộ trên sông biển vẫn sử dụng một số sản phẩm truyền thống như:
Áo phao cứu sinh là sản phẩm thiết yếu dành cho những người tham gia các hoạt động trên sông, biển, nhằm đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố.
Phao cứu sinh là thiết bị quan trọng thường được trang bị trên tàu, thuyền và phà, nhằm hỗ trợ ứng cứu người bị nạn trên sông hoặc biển Khi có sự cố xảy ra, người trên các phương tiện này sẽ ném phao xuống cho nạn nhân, giúp họ có cơ hội được cứu sống Tầm ném của phao phụ thuộc vào kỹ năng của người ném, nhưng thường không vượt quá 10 mét.
Nhiều doanh nghiệp trong lĩnh vực cứu hộ cứu nạn hàng hải và vận tải biển đã đầu tư vào việc mua sắm các thiết bị cứu hộ hiện đại từ nước ngoài.
Áo phao cứu sinh tự thổi là thiết bị quan trọng cho công tác phòng chống bão lụt, cứu hộ và cứu sinh, được sử dụng trong hàng không và thể thao mặt nước cũng như trên các tuyến đường biển Với hệ thống phản quang và khả năng chịu va đập cơ học, áo phao này đảm bảo an toàn tối đa cho người sử dụng Giá thành của áo phao cứu sinh tự thổi là 90 USD mỗi bộ.
19 hình 1 12 Áo phao cứu sinh tự thổi
- Súng phóng phao: Đây là thiết bị phóng bằng khí nén của hảng CMC
Thiết bị phóng phao bằng khí nén của hãng CMC có giá thành trên 80 triệu đồng, chưa bao gồm chi phí vận chuyển và thuế Các tính năng của thiết bị này tương tự như chỉ tiêu đề tài xây dựng.
Ca nô và thuyền cứu hộ là những phương tiện linh hoạt, được sử dụng để vận chuyển người và tiếp cận nhanh chóng các đối tượng cần cứu hộ Hình 1.14 minh họa rõ nét về ca nô và thuyền cứu hộ trong hoạt động cứu nạn.
* Các công trình nghiên cứu trong nước có liên quan
Vào năm 2006, đề tài nghiên cứu thiết kế chế thử đạn phóng dây mồi bắn trên súng AK lắp ống phóng đầu nòng đã dẫn đến việc phát triển sản phẩm đầu phóng dây mồi, phục vụ cho công tác cứu hộ cứu nạn tại các tòa nhà cao tầng, với các thông số kỹ thuật đặc trưng.
+ Chiều dài toàn thể: 164,5mm
+ Khối lượng toàn thể: 250g + Sơ tốc V0= 63m/s
+ Kích thước dây: 3,5mm + Tầm bắn: không nhỏ hơn 70m + Tầm cao : không nhỏ hơn 50m hình 1 15 Đạn phóng dây lắp súng AK
Vào năm 2006, Trung tâm Nghiên cứu công nghệ mới (Petech) đã nghiên cứu và thiết kế thành công áo phao cứu nạn trên biển với nhiều chức năng cứu hộ Áo phao này, nặng 3kg, có hình dáng giống như áo phao thông thường nhưng được trang bị máy dò ăngten tự động phát tín hiệu cứu nạn khẩn cấp trong bán kính 10km và duy trì tín hiệu trong 10 ngày Hệ thống dò tự động đi kèm giúp thuyền cứu nạn nhanh chóng xác định vị trí người gặp nạn.
21 có giá thành khoảng 100 USD Một hệ thống dò tín hiệu của áo phao có giá
Vào năm 2010, đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị phóng dây phao cứu hộ người bị nạn trên biển" đã dẫn đến việc phát triển sản phẩm thiết bị và đầu phóng phao tự thổi với các thông số kỹ thuật đặc trưng.
+ Nguyên lý phóng: triệt âm;
+ Trọng lượng đầu phóng: 0,88kg;
+ Tầm phóng: lên đến 150m (tùy liều thuốc phóng);
+ Sức nâng tải trọng của người dưới nước: 60Kg;
+ Lực kéo đứt dây mồi: 60KG;
+ Tư thế bắn: Chống đất hoặc lắp giá;
Những vấn đề tồn tại của công trình nghiên cứu này:
+ Sử dụng phương pháp phóng bằng cách chống đất hoặc qua giá phóng, điều này ảnh hưởng đến tính cơ động trong quá trình ứng cứu
Luận giải vấn đề đặt ra cần nghiên cứu
1.3.1Thực trạng điều kiện có liên quan
Việt Nam sở hữu hơn 3.000 km bờ biển và vùng biển thuộc chủ quyền tài phán lên tới khoảng 1.000.000 km² Ngoài ra, đất nước này còn có 2.360 con sông và kênh lớn nhỏ, với tổng chiều dài vượt qua 40.000 km.
23 trong đó có hơn 112 con sông tiếp giáp với biển, các hoạt động kinh tế, du lịch, an ninh quốc phòng diễn ra trên sông biển thường xuyên
Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa và hàng năm phải đối mặt với hơn 10 cơn bão lớn nhỏ, dẫn đến tình trạng sạt lở và lũ quét Những thiên tai này gây thiệt hại nặng nề cho người dân và các phương tiện hoạt động, với thống kê cho thấy gần 400 người thiệt mạng mỗi năm và thiệt hại kinh tế lên đến gần 1% GDP.
Thành phố Hồ Chí Minh có hơn 20km bờ biển hướng Tây Nam-Đông Bắc với các cửa sông quan trọng như Lòng Tàu, Cái Mép, Gò Gia, Thị Vải, Soài Rạp và Đồng Tranh, đóng vai trò là tuyến giao thông biển thiết yếu từ Biển Đông vào các cảng trong khu vực Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, thành phố thường xuyên phải đối mặt với bão và áp thấp nhiệt đới, ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế, xã hội, quốc phòng, an ninh, cũng như công tác tìm kiếm cứu hộ trên sông, biển trong mùa giông bão.
Để đảm bảo lực lượng cứu hộ, cứu nạn trên sông và biển có thể ứng phó kịp thời với các tình huống khẩn cấp, việc trang bị các thiết bị hỗ trợ là vô cùng cần thiết Trong số đó, thiết bị phóng và đầu phóng phao tự thổi là một trong những sản phẩm tiêu biểu, góp phần quan trọng vào việc bảo vệ tính mạng và tài sản của Nhà nước cũng như của nhân dân.
1.3.2 Thực trạng cần thiết đặt ra để nghiên cứu sản phẩm
Hiện nay, chỉ có các công ty cứu hộ chuyên nghiệp trong nước mới đủ khả năng trang bị các thiết bị cứu hộ hiện đại từ nước ngoài Các đơn vị thuộc ủy ban cứu hộ cứu nạn thường chỉ sử dụng thiết bị đơn giản Đề tài nghiên cứu mà tổ hướng đến là các thiết bị mới, có thể tiếp cận công nghệ tiên tiến của các nước Do đó, BTL Thành phố Hồ Chí Minh đã đề xuất nghiên cứu với cơ quan quản lý khoa học, nhấn mạnh nhu cầu và tính cần thiết của sản phẩm nghiên cứu này.
Yêu cầu chung của thiết bị
Mục tiêu của nghiên cứu là thiết kế và chế tạo thành công thiết bị phóng cùng đầu phóng mang phao tự thổi, phục vụ cho công tác cứu hộ cứu nạn trên sông và biển Thiết bị này cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cụ thể để đảm bảo hiệu quả trong hoạt động cứu nạn.
Thiết bị cứu hộ cứu nạn cần được thiết kế gọn nhẹ và cơ động để đảm bảo thời gian triển khai nhanh chóng Nó có khả năng phóng ở nhiều tư thế khác nhau như tỳ đất, lắp trên giá, và tỳ vai, giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng trong các tình huống khẩn cấp.
Đảm bảo hoạt động tin cậy là yếu tố quan trọng, với các bộ phận làm việc nhịp nhàng nhằm hạn chế tối đa tình trạng hóc tắc, kẹt và tịt không phóng được Thao tác đơn giản và độ chính xác cao của khả năng đầu phóng và dây tiếp cận cho người và phương tiện ứng cứu là điều cần thiết để nâng cao hiệu quả hoạt động.
- An toàn cao: Các thao tác được thực hiện theo đúng quy trình, có hướng dẫn sử dụng tuần tự cho người sử dụng;
Đầu phóng tin cậy ứng cứu đảm bảo thời gian bơm khí tự thổi nhanh chóng, cùng với khả năng nổi của phao giúp người có trọng lượng chuẩn dễ dàng bám giữ Dây mồi được thiết kế đủ bền, đảm bảo an toàn cho quá trình ứng cứu của người cứu hộ.
- Giá thành kinh tế: Đảm bảo giá thành phải rẻ hơn so với các sản phẩm cùng tính năng nhập từ nước ngoài.
Xây dựng mô hình thiết bị và lựa chọn phương án
Để đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật trong mục tiêu nghiên cứu, thiết bị nghiên cứu cần bao gồm những bộ phận cơ bản như thiết bị phóng, đầu phóng, dây mồi và hộp chứa dây mồi.
2.2.1Thiết bị phóng a Tư thế phóng
Thiết bị phóng đầu phóng dây mồi và phao thường được trang bị cho cá nhân sử dụng, với các tư thế phóng linh hoạt như tì vai, tì mặt xuống đất hoặc lắp trên thiết bị có gá lắp Lựa chọn tư thế phóng phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có ba yếu tố quan trọng cần xem xét.
- Trọng lượng của toàn thiết bị: ảnh hưởng lớn đến khả năng mang vác
- Tính cơ động cần thiết: ảnh hưởng lớn đến thời gian triển khai và phóng đầu phóng
- Trọng lượng đầu phóng và tầm phóng: ảnh hưởng lớn đến việc giật lùi của thiết bị
Thiết bị nghiên cứu được thiết kế để phục vụ cho từng cá nhân, với tính năng mang vác cơ động cao nhằm ứng cứu trong các tình huống khẩn cấp Mô hình thiết bị phóng được xây dựng gọn nhẹ, cùng với việc lựa chọn khối lượng đầu phóng và tầm phóng phù hợp, tương đương với các thiết bị phóng tỳ vai quốc tế Theo kinh nghiệm trong thiết kế vũ khí, sản phẩm nghiên cứu có khả năng được phóng bằng phương pháp tỳ vai, đáp ứng các mục tiêu nghiên cứu đã đề ra.
Hình 2 1 Các tư thế phóng tỳ vai b Nguyên lý phóng
Thiết bị có thể ứng dụng nhiều nguyên lý phóng khác nhau như súng quân dụng, khí nén, lò xo, triệt âm và phản lực, mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng Tuy nhiên, để phù hợp với công nghệ trong nước, tổ đề tài đã chọn hai nguyên lý là triệt âm và khí nén để tiến hành phân tích và lựa chọn Nguyên lý phóng triệt âm sẽ được xem xét kỹ lưỡng trong nghiên cứu này.
Trong chiến đấu, các loại vũ khí thông thường thường phát ra tiếng nổ, chớp lửa và khói khi bắn, điều này khiến đối phương dễ dàng phát hiện vị trí của xạ thủ Kết quả là hỏa lực của đối phương sẽ tập trung vào vị trí đó, gây nguy hiểm cho xạ thủ.
Hệ vũ khí triệt âm được phát triển nhằm khắc phục tiêu hao sinh lực và sức chiến đấu cho các xạ thủ, tạo ra yếu tố bí mật và bất ngờ, đồng thời nâng cao tính cơ động trong chiến trận.
Tiếng nổ phát sinh từ sự gia tăng đột ngột áp suất trong môi trường xung quanh, tạo ra sóng xung kích Hiện tượng này đi kèm với hiệu ứng âm thanh, xuất hiện khi sóng xung kích suy yếu và chuyển đổi thành sóng âm.
Bản chất của triệt âm là tạo áp suất để giữ năng lượng phóng đầu trong buồng kín, sau đó áp suất giảm dần khi khí thuốc thoát ra Để thực hiện điều này, thường sử dụng cơ cấu piston-xilanh để tạo buồng giữ áp Nguyên lý triệt âm có ba dạng cơ bản.
Nguyên lý piston thuận (hình 2.2):
Khi bảo quản Sau khi phóng Đầu công tác ra khỏi nòng
Khi phát hoả hạt, thuốc phóng trong buồng đốt được kích hoạt, dẫn đến áp suất khí tăng lên khoảng 30 Mpa Piston sau đó được cắt đai và trượt vào nòng xilanh Trong quá trình này, thuốc phóng vẫn tiếp tục cháy, khiến áp suất buồng đốt gia tăng, piston và cán truyền lực di chuyển lên trên, đẩy đầu phóng theo cùng, cho đến khi mặt côn của piston khít chặt với mặt.
2 Xem thêm trongđịnh nghĩa bản chất của quá trình nổ [1]
Côn của xilanh giúp khí thuốc ngừng giãn nở, khiến đầu phóng bay ra khỏi nòng như một viên đạn thông thường Từ thời điểm này, phát bắn được thực hiện một cách êm ái, không có tiếng nổ và không sinh khói, lửa từ đầu nòng, mang lại nhiều ưu điểm cho quá trình sử dụng.
Chiều dày và kích thước của xilanh có thể điều chỉnh linh hoạt để tăng áp suất trong buồng đốt, từ đó cải thiện tầm phóng, phù hợp với nhiều loại đầu phóng khác nhau.
Cán truyền lực có vai trò quan trọng trong việc đẩy đầu phóng đi, cần phải kiểm soát khối lượng trong khi vẫn đảm bảo độ bền Nếu không, cán sẽ dễ bị cong và dẫn đến tình trạng kẹt.
- Khi tính thuật phóng trong khối lượng đầu phóng phải tính đến cả khối lượng của cán truyền lực, Tốc độ phóng nhỏ
Khối lượng tổng thể của hệ thống khá nặng, đặc biệt khi so sánh với sức mạnh phóng cùng loại, điều này gây khó khăn trong việc mang vác, vận chuyển và cơ động.
Sau mỗi lần phóng, cần tháo xilanh, piston và cán truyền lực ra khỏi thiết bị phóng Điều này làm cho quy trình phóng trở nên phức tạp hơn, do xilanh rất nóng do nhiệt độ từ khí thuốc.
Nguyên lý piston ngược (hình 2.3):
Hình 2 3 Nguyên lý piston ngược
Bảo quản Khi bắn Khi thuốc phóng bắt cháy
Khí thuốc giãn nở Đạn rời bệ
Nguyên lý piston ngược hoạt động bằng cách thả đầu phóng từ trên xuống, kích hoạt hạt lửa và mồi cháy Khi áp suất trong buồng đốt tăng lên khoảng 10 Mpa, tai piston bị cắt và khí thuốc tiếp tục giãn nở Piston truyền lực lên đầu phóng, khiến nó di chuyển lên trên cho đến khi mặt côn đóng chặt với mặt côn của xilanh Từ thời điểm này, đầu phóng bay ra khỏi nòng giống như một viên đạn cối thông thường Ưu điểm của phương pháp này là hiệu suất cao và độ chính xác trong việc phóng.
- Rất phù hợp với các loại đầu phóng ổn định bằng cánh và ống phóng (đạn cối, đạn lựu phóng ổn định bằng cánh)
- Cán truyền lực có nhiệm vụ đẩy đầu phóng đi dễ lựa chọn vật liệu có độ bền cao, với khối lượng riêng không đòi hỏi phải nhỏ
- Khi giải bài toán thuật phóng trong 3 không phải tính đến khối lượng của cán truyền lực
- Một ưư điểm lớn của nguyên lý này là thao tác phóng đơn giản hơn nhiều
- Tốc độ phóng cao (có thể đạt 25 lần phóng/phút)
- Khối lượng tổng thể của hệ nhỏ, phù hợp với việc mang vác vận chuyển và cơ động chiến đấu
Tính toán thiết kế
Các thông số cấu tạo đặc trưng
Hình 2 10 Thiết bị phóng và đầu phóng mang phao cứu hộ
Sau khi hoàn tất thiết kế sơ bộ, chúng ta tiến hành tổng hợp các thông số cấu tạo đặc trưng của thiết bị phóng và đầu phóng Việc này nhằm phục vụ cho công tác tính toán và kiểm tra hiệu suất hoạt động của chúng.
Qua việc phân tích tổng quan, chúng tôi đã xác định các thông số đặc tính mục tiêu cho đề tài, đồng thời xây dựng mô hình thiết bị Thiết bị phóng và đầu phóng được thiết kế với các thông số đặc trưng như được nêu trong bảng 2.1.
Hoạt động của thiết bị:
Sau khi thiết bị phóng được triển khai đúng hướng, tiến hành nạp đầu phóng vào miệng nòng và kết nối dây mồi với đầu phóng Để phóng, kéo tay búa bên phải, ngắm và kéo cò, đầu phóng sẽ được phóng đi cùng với dây mồi và rơi xuống nước Sau khoảng 4 giây tiếp nước, phao sẽ bơm và nổi lên.
TT Thông số Giá trị Đơn vị
1 Đường kính ống phóng 50 mm
2 Khối lượng 5 kg Đầu phóng
1 Khối lượng đầu phóng 0,95 Kg
4 Chiều dài đầu phóng 505 mm
5 Đường kính đầu công tác 70 mm
1 Thời gian phao bung sau khi đầu phóng tiếp nước 3÷10 giây
2 Sức nâng tải trọng của người dưới nước 75 kg
TT Thông số Giá trị Đơn vị
Dây mồi và hộp dây
1 Đường kính dây (sợi Dacron) 3 mm
3 Lực kéo đứt dây 225 KG
Các tính toán được thực hiện nhằm xác định tính phù hợp của thiết kế với hoạt động của thiết bị, từ đó đề xuất các điều chỉnh cần thiết trước khi tiến hành chế tạo sản phẩm Một số loại tính toán bao gồm việc kiểm tra hiệu suất và độ bền của thiết kế.
1 Kiểm tra các thông số thuật phóng trong:Nhằm xác định quy luật biến đổi của áp suất P và vận tốc v của đầu phóng từ lúc bắt đầu phóng đến khi đầu phóng ra khỏi nòng Cụ thể là xác định quy luật biến đổi của áp suất, vận tốc piston trong xi lanh theo thời gian P(t), v(t), hoặc theo quãng đường của piston trong xi lanh P(l), v(l), làm cơ sở cho các tính toán thiết kế tiếp theo, cũng như kiểm nghiệm bền các cơ cấu
2 Nghiệm bền buồng đốt (Xi lanh – piston)
3 Tính toán cơ cấu kích hoạt
4 Kiểm tra các thông số thuật phóng ngoài: Nhằm xác định quỹ đạo của đầu phóng từ lúc ra khỏi đầu nòng đến khi nó chạm mục tiêu y(x), nghĩa là xác định tầm phóng của đầu phóng, làm cơ sở cho các tính toán tiếp theo
5 Kiểm tra ổn định của đầu phóng trên đường bay
6 Tính toán các cụm cơ cấu của thiết bị
2.3.1Tính toán kiểm tra các thông số thuật phóng trong Đặc điểm thuật phóng
Dựa trên hoạt động của thiết bị phóng và đầu phóng, thuật phóng trong của thiết bị này có những đặc điểm khác biệt so với thuật phóng trong của các loại vũ khí thông thường.
- Vận tốc chuyển động của piston trong xi lanh cũng chính là vận tốc của đầu phóng chuyển động trong nòng
- Khi piston chuyển động hết hành trình trong xi lanh, xảy ra quá trình va đập lớn giữa piston và xi lanh do piston đóng chặt vào xilanh
- Áp lực làm cắt tai của piston được xem là áp suất ban đầu P0
Khí thuốc được sinh ra và giữ lại trong buồng xi lanh, dẫn đến việc không có hiện tượng tiêu hao khí thuốc trong quá trình đầu phóng chuyển động trong nòng, với hệ số tiêu hao η bằng 0.
Đầu phóng được nạp từ đầu nòng và sau khi cắt tai, piston chuyển động với ma sát trong lòng xilanh Khi tính toán thuật phóng, cần xem xét công cản thứ yếu ảnh hưởng đến chuyển động của piston, vì vậy hệ số công thứ yếu được xác định là φ=1,06.
- Do quá trình làm việc của thuốc phóng diễn ra trong buồng đốt nên không có thời kỳ tác dụng sau cùng của khí thuốc
Hình 2 11 Mô hình tính toán thuật phóng trong của thiết bị
Hệ phương trình vi phân mô tả thuật phóng
Dựa trên đặc điểm của thuật phóng và các giả thiết đã nêu, kết hợp với việc phân chia các thời kỳ của hiện tượng phóng, ta có thể xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả thuật phóng trong súng pháo thông thường.
7 Phạm Thế Phiệt, Cơ sở vật lý của hiện tượng bắn, Học Viện KTQS, 2001 trang 39
8 Các vấn đề xung quanh tính toán thuật phóng trong xem trong [8]
Các công thức bổ trợ:
Thông số mô tả các yếu tố quan trọng trong quá trình phóng thuốc bao gồm: z là chiều dày cháy tương đối của thuốc phóng tính bằng mm; Ψ là lượng sinh khí tương đối của khí thuốc; η đại diện cho lượng khí thuốc tiêu hao qua khe hở giữa đầu phóng và nòng; v là tốc độ đầu phóng tính bằng m/s; và l là chiều dài piston chuyển động trong xilanh tính bằng dm.
Thông số Mô tả Thứ nguyên
Nhiệt độ tương đối α Cộng tích khí thuốc dm 3 /kG
P Áp suất khí thuốc KG/dm 2
Ik Xung lực áp suất khí thuốc KG.s/dm 3 μ, χ, λ Các thông số đặc trưng cho hình dạng thuốc phóng; φ2
Hệ số xét đến lượng tổn hao do khí thuốc phụt qua khe hở (k) và hệ số đoạn nhiệt (g) ảnh hưởng đến gia tốc trọng trường (KG/m²) Trọng lượng của liều chính (liều mồi) được tính bằng KG, trong khi lực thuốc phóng được đo bằng KG.dm/KG.
St Diện tích khe hở giữa piston và xilanh m 2
S Diện tích tiết diện ngang của piston m 2
Diện tích tiết diện ngang của lòng trong xi lanh được ký hiệu là Sn (m²), đường kính piston là d (dm), và đường kính lòng xilanh là dn (dm) Trọng lượng đầu phóng được ký hiệu là q (KG), hệ số công thứ yếu là φ, mật độ nhồi của thuốc phóng là δ (KG/m³), và hệ số hiệu chỉnh là ξ1 Những thông số này là cần thiết cho việc tính toán thuật phóng trong bảng 2.
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Quãng đường piston chuyển động trong xi lanh ld dm 1,5 Đường kính lòng xi lanh dn dm 0,2
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Thể tích ban đầu W0 dm 3 4.10 -6 Áp suất tống đầu phóng P0 KG/dm 2 30.000
Trọng lượng của đầu phóng q KG 0,95 Đường kính piston d dm 0,2
Trọng lượng thuốc phóng ω KG 0,0008
Lực thuốc phóng f KG.dm/KG 11.10 5
Trọng lượng riêng của thuốc phóng δ kG/dm 3 1,6
Cộng tích khí thuốc α dm 3 /kG 0,85
Hệ số tính đến tổn hao lưu lượng φ2 0
Xung lực toàn phần của thuốc phóng Ik KG.s/dm 3 120
Hệ số hình dạng của thuốc χ 1,06 λ -0,06 μ 0
Giải hệ phương trình vi phân 2.1÷2.8 bằng thuật toán Gunghe-Kuta với các thông số đầu vào (Bảng 2.2), ta có kết quả:
Hình 2 12 Kết quả của vận tốc và áp suất theo quảng đường
Hình 2 13 Kết quả của vận tốc và áp suất theo thời gian
Kết quả giá trị tới hạn bảng 2 3 Bảng kết quả các giá trị tới hạn
2.3.2Tính toán kiểm bền buồng đốt a Tính toán cho piston
* Tính áp su ấ t c ắ t tai c ủ a piston
Để xác định áp suất cắt tai piston, cần tính toán áp suất ban đầu (p0) cần thiết trước khi đầu phóng bắt đầu chuyển động Việc này giúp tìm ra áp suất ban đầu cần thiết cho hoạt động của piston Tham khảo bảng 2.4 để biết các thông số thiết kế liên quan đến tính toán áp suất cắt tai piston.
Thông số Giá trị Ứng suất cho phép của vật liệu làm piston [σ] [KG/mm 2 ] 28
Bán kính mặt trong của piston rpt [mm] 8,5 Bán kính vành ngoài của tai piston rnmax [mm] rnmin [mm]
12 11,88 Bán kính vành trong của tai piston rtmax [mm] rnmin [mm]
10 9,96 Điều kiện cắt tai: σct Sct
Lực do khí thuốc tác dụng lên piston
Sct- Diện tích cắt tai ứng với kích thước thiết kế, ta có;
Spt- Diện tích piston trước khi bị cắt tai
Thay các giá trị vào (2.11), ta được
P0max≥[σ] min pt max ct
P0min≥[σ] max pt min ct
Như vậy áp suất cắt tai tin cậy cũng chính là áp suất ban đầu được lựa chọn tương đương 3 KG/mm 2 [30MPa]
* Tính chi ề u dài bi ế n d ạ ng c ủ a piston khi phóng
Tại áp suất lớn nhất Pmax, phần trụ côn đáy của piston có thể bị biến dạng, ảnh hưởng đến khả năng bịt kín khí thuốc và làm giảm hiệu quả triệt âm Việc tính toán chiều dài biến dạng của piston là cần thiết để xác định khả năng biến dạng cho phép, đảm bảo piston hoạt động hiệu quả Tham khảo bảng thông số thiết kế để hỗ trợ cho quá trình tính toán này.
Modul đàn hồi vật liệu làm piston E [KG/mm 2 ] 7000 Chiều dài phần trụ côn đáy của piston l [mm] 13,5 Bán kính trung bình của phần trụ côn đáy rtb [mm] 9
Bán kính lỗ tra kim hoả của piston rlo [mm] 1 Độ biến dạng dài phần trụ côn đáy của piston được tính:
9 Tính toán biến dạng khi bắn và các công thức tính [xem trong tài liệu 13]
- kđ- hệ số động, theo kinh nghiệm chọn kđ = 2;
- F- Diện tích trung bình phần trụ côn đáy của piston
- Nmax – Lực tác dụng lên piston tại thời điểm Pmax;
(với Pmax = 4,6KG/mm 2 ; S r 2 10 2 314mm 2 )
Thay các giá trị vào (3.13), ta được: Δl = 2
Chế thử và thử nghiệm
Sau khi hoàn tất thiết kế và tính toán, đề tài tập trung vào việc xây dựng các tài liệu kỹ thuật cần thiết cho quá trình chế tạo, thử nghiệm và kiểm tra sản phẩm theo nguyên tắc đã định.
- Chế thử đến thử nghiệm;
- Chế thử nguyên lý đến chế thử công nghệ;
- Kiểm tra tĩnh đến thử nghiệm động;
- Kiểm tra phân đoạn từng cụm chi tiết đến tổng hợp
TT Sản phẩm chế thử Số lượng
1 Thiết bị phóng 01 Chế tạo trong nước
Cụm buồng đốt (cơ cấu phóng) 20 Chế tạo trong nước
- phao 20 Thị trường trong nước
- Cụm cơ cấu kích hoạt 5 Chế tạo trong nước
- Bình khí + bobbin 20 Nhập ngoại
Thân đầu phóng 200 Chế tạo trong nước
Vỏ hộp dây 01 Chế tạo trong nước
Vỏ đựng dây 15 Chế tạo trong nước
Cuộn dây mồi (Poly propylene Ф4, Ф6, Ф8)
Thiết bị phóng và hộp dây mồi
Cụm buồng đốt Vỏ đầu phóng
Cụm kích hoạt Cuộn dây mồi
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Phương án điều chỉnh
1 Kiểm tra kích thước hình dạng các chi tiết trước tổng lắp
Sản phẩm đạt kích thước và khối lượng theo yêu cầu kỹ thuật của bản vẽ chế tạo, tuy nhiên vẫn còn một số chi tiết có mép sắc.
Cần tiến hành sửa nguội, kiểm tra lại trước khi lắp
2 Kiểm tra thiết bị sau tổng lắp
2.1 Kiểm tra khả năng làm việc tin cậy của cụm cò
- Các chi tiết chuyển động trơn tru, không vướng kẹt
- Cụm cò giữ được búa, và giải phóng búa khi bóp cò
- Búa được cụm cò giữ tốt và giải phóng khi bóp cò
- Tay kéo búa hơi nặng
- Không dùng thanh truyền trung gian, chuyển tay kéo cò trực tiếp vào búa
2.2 Kiểm tra khả năng làm việc tin cậy của cụm an toàn
- Phải khóa được cò khi ở chế độ an toàn và mở khóa khi ở chế độ phóng
- Khóa được cò khi ở chế độ an toàn và mở khóa khi ở chế độ phóng
Sửa nguội phe chặn chốt lẫy an toàn
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Phương án điều chỉnh
- Lẫy an toàn hơi nặng tay 2.3 Kiểm tra khả năng thả lọt đầu phóng vào nòng
- Đầu phóng được thả nhẹ nhàng vào lỗ nòng
- Mặt gương cán truyền lực tỳ vào mặt đáy piston của cơ cấu phóng Đạt yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chế tạo
2.4 Kiểm tra khả năng phát hỏa
- Gây nổ hạt lửa khi đầu phóng được lắp đầy đủ (không thuốc phóng)
3.1 Kiểm tra thể tích phao và khả năng nâng chuyển dưới nước Đảm bảo thể tích khí trong phao đạt 16±0,5dm3 Đạt yêu cầu, thể tích trung bình đo được 15,7dm3
3.2 Kiểm tra độ tin cậy của cơ cấu kích hoạt Đảm bảo sau thời gian thả xuống nước từ 3÷10s, kim kích hoạt trong cụm nhô ra 5÷6mm
Sau thời gian 10s, kiểm tra độ nhô kim hỏa trung bình là 5,3mm (9/10) 3.3 Kiểm tra độ tin cậy tự thổi của phao
Thả đầu phóng được lắp đầy đủ (không thuốc phóng) xuống ao, trong thời gian 3÷10s, phao được bơm căng nổi lên
-05/05 phao đều được nổi lên sau thời gian trung bình 2,85s
4 Kiểm tra hộp dây mồi
4.1 Kiểm tra khả năng tháo lắp nhanh
Hộp dây mồi được tháo, lắp nhanh chóng thông qua 02 cụm tháo lắp nhanh Đạt yêu cầu
4.2 Kiểm tra khả năng tời của dây
Kéo đầu dây ra khỏi hộp dây mồi, dây được tời ra nhẹ nhàng, không vướng Đạt yêu cầu kỹ thuật
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Phương án điều chỉnh kẹt
4.3 Kiểm tra lực kéo đứt của dây Đo được lực kéo đứt trung bình của các mẫu dây lựa chọn, Poly propylene (Φ4mm; Φ6mm; Φ8mm) Φ4mm: Ftb = 584,7N Φ6mm:Ftb = 900,1N Φ8mm: Ftb = 1695N
* Kiểm tra phóng thăm dò
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Phương án điều chỉnh
1 Phóng nghiệm bền thân nòng
- piston được cắt tai dứt khoát;
- Các xi lanh không bị nứt vỡ;
- Vách ngăn ống nối không có hiện tượng biến dạng;
- Các mối ren sau khi thử không có các gãy hoặc đứt cục bộ
- piston được cắt tai dứt khoát;
- Các xi lanh không bị nứt vỡ;
- Vách ngăn ống nối không có hiện tượng biến dạng (chỉ có muội thuốc);
- Các mối ren sau khi thử không có các gãy hoặc đứt cục bộ
- Hành trình khóa nòng dài gây va chạm lớn ở then trên
Giảm hành trình lùi của khóa nòng
2 Nghiệm bền cụm tỳ vai
- Các chi tiết của cụm tì vai không có hiện tượng nứt, vỡ, vẫn hoạt động tốt
- Các mối ghép liên kết bằng ren vẫn chắc chắn
- Khả ngăng liên kết giữa báng và đế giảm va tốt Đạt yêu cầu
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Phương án điều chỉnh bền các chi tiết của đầu phóng
Bền, không bị bẹp rách
80% thân đầu phóng bị bẹp
- Làm thêm kết cấu ren nối giữa đầu phóng và đầu nối
- Thêm kết cấu 04 gân tăng cứng dọc thân
- Tăng độ dày vỏ từ 1,5 lên 2mm 3.2 Thân kích hoạt
Không bị vỡ, bẹp Không bị vỡ, bẹp, tuy nhiên với kết cấu bằng nhôm làm trọng lượng đầu phóng tăng lên, gây kém bền cho đầu phóng
Chuyển sang kết cấu thân kích hoạt bằng nhựa
Không bị vỡ sớm do lực phóng ban đầu
Bị vỡ sớm do lực phóng lớn
Tăng kết cấu giảm va cho cụm kích hoạt
Giảm lực phóng từ 1,0 g xuống còn 0,8g
3.4 Kiểm tra bền bình khí Co2
Không bị bẹp méo Đuôi có phần bị bẹp lõm sâu 6mm
Tăng kết cấu giảm va cho cụm kích hoạt
3.5 Kiểm tra khả năng bị rách của phao (khi không lắp bobbin và
Phao không bị rách, các bộ phận của phao vẫn tốt
- Cụm van thổi bị vỡ
Giảm lực phóng, tăng kết cấu giảm va cho phao
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Phương án điều chỉnh bình khí)
3.6 Kiểm tra khả năng tời của dây mồi
Dây mồi được tời tốt, không bị vướng kẹt Đạt yêu cầu
TT Sản phẩm chế thử Hiệu chỉnh kỹ thuật Số lượng Ghi chú
1 Thiết bị phóng Tay kéo búa được liên kết với búa, không qua thanh truyền
Hạn chế hành trình lùi của khóa nòng
Cụm buồng đốt (cơ cấu phóng)
- piston - Được xử lý anot hóa bề mặt
- xilanh - Được xử lý nhuộm đen
- Đầu nối - Có kết cấu ren trong cho lắp vỏ đầu phóng
- phao - Sử dụng kết cấu phao thứ 2
- Cụm cơ cấu kích hoạt
- Sử dụng vật liệu nhựa 5 Chế tạo trong nước
- Bình khí + bobbin - Tăng cường các đệm giảm va cho cụm
Thân đầu phóng - Có thêm kết cấu 04 gân tăng cứng, kết cấu ren ngoài kết nối với ống nối, và tăng độ dày lên 1,5mm
Vỏ hộp dây Không điều chỉnh 03 Chế tạo trong nước
Vỏ đựng dây Vật liệu bằng giấy 50 Chế tạo trong nước Cuộn dây mồi (Poly propylene Ф8)
Chọn loại Ф4 vàФ8 30 cuộn Thị trường trong nước
Cụm buồng đốt Vỏ đầu phóng
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Kiến nghị đề xuất
1 Kiểm tra kích thước hình dạng các chi tiết
-Đạt kích thước, khối lượng theo yêu cầu kỹ thuật của bản Đạt yêu cầu yêu kỹ thuật của bản vẽ
Cho tiến hành tổng lắp thiết bị
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Kiến nghị đề xuất trước tổng lắp vẽ chế tạo
2 Kiểm tra thiết bị sau tổng lắp
2.1 Kiểm tra khả năng làm việc tin cậy của cụm cò
- Các chi tiết chuyển động trơn tru, không vướng kẹt
- Cụm cò giữ được búa, và giải phóng búa khi bóp cò
- Búa được cụm cò giữ tốt và giải phóng khi bóp cò
Cho phép tiến hành các thử nghiệm tổng hợp
2.2 Kiểm tra khả năng làm việc tin cậy của cụm an toàn
- Phải khóa được cò khi ở chế độ an toàn và mở khóa khi ở chế độ phóng Đạt yêu cầu Cho phép tiến hành các thử nghiệm tổng hợp
2.3 Kiểm tra khả năng thả lọt đầu phóng vào nòng
- Đầu phóng được thả nhẹ nhàng vào lỗ nòng
- Mặt gương cán truyền lực tỳ vào mặt đáy piston của cơ cấu phóng Đạt yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chế tạo
Cho phép tiến hành các thử nghiệm tổng hợp
2.4 Kiểm tra khả năng phát hỏa
- Gây nổ hạt lửa khi đầu phóng được lắp đầy đủ (không thuốc phóng)
Phát hỏa tốt Cho phép tiến hành các thử nghiệm tổng hợp
3.1 Kiểm tra thể tích phao và khả năng nâng chuyển dưới nước ở phương án 2 Đảm bảo thể tích khí trong phao đạt 16±0,5dm3 Đạt yêu cầu, người có trọng lượng 83 kg vẩn bám nổi tốt
Cho phép tiến hành các thử nghiệm tổng hợp
3.2 Kiểm tra độ tin cậy tự thổi của phao
Thả đầu phóng được lắp đầy đủ (không thuốc phóng) xuống ao, trong thời gian 3÷10s, phao được bơm căng nổi lên
-05/05 phao đều được nổi lên sau thời gian trung bình 3,41s
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Kiến nghị đề xuất
1 Phóng kiểm tra hoạt động và nghiệm bền thiết bị
Sau khi phóng, thiết bị hoạt động bình thường, không có hiện tượng nứt, vỡ chi tiết Đạt yêu cầu Cho phép tiến hành các thử nghiệm tổng hợp
2 Phóng, kiểm tra bền các chi tiết của đầu phóng(ở liều phóng
Bền, không bị bẹp rách Đạt yêu cầu Cho phép sử dụng lô sản phẩm cho các thử nghiệm thiếp theo 2.2 Thân kích hoạt
Sản phẩm không bị vỡ hoặc bẹp, đạt yêu cầu để tiếp tục sử dụng cho các thử nghiệm tiếp theo Cụm bobbin cũng không bị vỡ sớm do lực phóng ban đầu, đảm bảo tiêu chuẩn và cho phép sử dụng lô sản phẩm cho các thử nghiệm tiếp theo.
2.4 Kiểm tra bền bình khí Co2
Không bị bẹp méo Đạt yêu cầu Cho phép sử dụng lô sản phẩm cho các thử nghiệm thiếp theo
2.5 Kiểm tra khả năng bị rách của phao
(khi không lắp bobbin và bình khí)
Phao không bị rách, các bộ phận của phao vẫn tốt Đạt yêu cầu Cho phép sử dụng lô sản phẩm cho các thử nghiệm thiếp theo
3 Kiểm tra sơ tốc Đo được sơ tốc ở các liều khác nhau ω = 1,0g
- Sơ tốc: V0TB Cần lựa chọn liều khi phóng đủ bền các chi tiết đầu phóng cho các phép thử tiếp theo
TT Nội dung Yêu cầu Kết quả Kiến nghị đề xuất
Thử nghiệm tổng hợp đánh giá các chỉ tiêu (ở liều phóng
- Thiết bị tin cậy hoạt động, đủ bền ở liều thường
- Đầu phóng hoạt động tin cậy theo chỉ tiêu
- Tin cậy ứng cứu người
- Thiết bị đủ bền, hoạt động tin cậy
- Phao bơm hoạt động tốt, thời gian nổi khi chạm nước ttb05
- Đầu phóng lệch hướng với mục tiêu phóng
- Tầm phóng trung bình đạt 56m
Kết quả nghiên cứu cho thấy tầm phóng chưa đạt chỉ tiêu đề ra do việc sử dụng bobbin nhập ngoại có kết cấu bằng nhựa yếu Điều này dẫn đến việc không thể tăng tầm phóng vì lực phóng lớn sẽ làm bobbin bị vỡ, gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của đầu phóng Vì vậy, đề nghị giảm chỉ tiêu về tầm phóng.
Thử tại bãi biển Long Hải
Các cuộc thử tại Ao/ Kho K888
Các thông số tính năng
Sau các đợt thử nghiệm và hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật, tính năng cơ bản của thiết bị mà đề tài nghiên cứu đạt được
TT Thông số Giá trị Đơn vị
1 Đường kính ống phóng 50 mm
2 Khối lượng tổng 7,8 kg Đầu phóng
1 Khối lượng đầu phóng 0,95 Kg
2 Chiều dài đầu phóng 505 mm
3 Đường kính đầu công tác 70 mm
4 Thời gian sử dụng tốt sau xuất xưởng 3 năm
1 Thời gian phao bung sau khi đầu phóng tiếp nước 3÷10 giây
2 Sức nâng tải trọng của người dưới nước đến 90 kg
Dây mồi và hộp dây
1 Đường kính dây (sợi Poly propylene) 6 mm
3 Lực kéo đứt dây 175 KG
