Tổng quan về tên lửa; phương trình chuyển động của vật rắn; giới thiệu về công cụ tính toán; ứng dụng missile datcom tính toán đặc tính khí động, điều khiển tên lửa; mô phỏng quỹ đạo và khảo sát ổn định. Tổng quan về tên lửa; phương trình chuyển động của vật rắn; giới thiệu về công cụ tính toán; ứng dụng missile datcom tính toán đặc tính khí động, điều khiển tên lửa; mô phỏng quỹ đạo và khảo sát ổn định.
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LÊ TRẦN THANH HẢI
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ ĐIỀU KHIỂN TÊN LỬA
Trang 3CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Lê Trần Thanh Hải
Đề tài luận văn: Nghiên cứu, tính toán ổn định và điều khiển tên lửa sử dụng
- Sửa lại một số hình vẽ có phông chữ quá nhỏ
- Thêm phần giải thích vấn đề thay đổi trọng lượng trong quá trình bay tại chương
2, trang 23
- Phần giải thích công thức 2.25 đã sửa lỗi sai do đánh máy
- Tài liệu tham khảo được trích dẫn dưới dạng ngoặc vuông, một số mục quan trọng đã ghi cả số trang trong tài liệu tham khảo
Giảng viên hướng dẫn
Ngày tháng năm 2019
Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi – Lê Trần Thanh Hải, học viên lớp Cao học Kỹ thuật Cơ khí Động lực khóa CLC2018B Trường Đại học Bách khoa Hà Nội – cam kết luận văn này là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của TS Lưu Hồng Quân – Viện Cơ khí Động lực – Đại học Bách khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tác giả luận văn xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Tác giả
Lê Trần Thanh Hải
Trang 5Xác nhận của giáo viên hướng dẫn về mức độ hoàn thành của luận văn thạc sĩ khoa học và cho phép bảo vệ:
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Giảng viên hướng dẫn
TS Lưu Hồng Quân
Trang 6MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÊN LỬA 3
1.1.TỔNG QUAN VỀ TÊN LỬA 3
1.1.1 Khái niệm 3
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 3
1.1.3 Phân loại 7
1.2.GIỚI THIỆU TÊN LỬA FGM-148JAVELIN 9
1.2.1 Lịch sử 9
1.2.2 Chức năng 10
1.2.3 Nguyên lý hoạt động 10
1.2.4 Cấu tạo và thông số 11
1.3. ĐẶT VẤN ĐỀ 12
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN 14
2.1.CÁC LỰC KHÍ ĐỘNG VÀ MÔMEN TÁC ĐỘNG LÊN VẬT BAY 14
2.1.1 Các hệ số lực khí động và mômen 14
2.1.2 Các hệ số đạo hàm 15
2.1.3 Lực và mômen 15
2.2. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG 17
2.2.1.Các hệ trục tọa độ 17
2.2.2 Các phương trình động học 19
2.2.3 Các phương trình động lực học 20
2.3. MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG VẬT BAY BẰNG MÔ HÌNH HÌNH SÁU BẬC TỰ DO 22
CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG CỤ TÍNH TOÁN 24
3.1.MISSILE DATCOM 24
3.1.1.Giới thiệu chung 24
3.1.2 Tính năng 25
3.1.3 Vận hành chương trình 28
3.1.4 Nhập file đầu vào 28
3.1.5 Đọc file đầu ra 43
3.1.6 Ví dụ minh họa 47
3.2.MATLAB SIMULINK 50
3.2.1 Giới thiệu chung 50
3.2.2 Khởi động Simulink 51
3.2.3 Tạo sơ đồ mô phỏng 51
3.2.4 Thiết lập bộ giải mô phỏng và chạy chương trình 54
Trang 7CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG MISSILE DATCOM TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHÍ
ĐỘNG, ĐIỀU KHIỂN TÊN LỬA 59
4.1 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 59
4.2.PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 60
CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG QUỸ ĐẠO VÀ KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH 68
5.1.XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TÊN LỬA BẰNG CÔNG CỤ MATLAB SIMULINK 68
5.2.TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH BAY KHÔNG LỆCH CÁNH LÁI 70
5.2.1 Thiết lập bộ giải 70
5.2.2 Kết quả tính toán 71
5.2.3 Khảo sát ổn định điều khiển 73
5.2.4 Khảo sát trường hợp trọng tâm nằm sau tâm khí động 76
5.2.5 Ảnh hưởng của gió tới quỹ đạo bay 78
5.3.TÍNH TOÁN ĐIỀU KHIỂN TÊN LỬA BẰNG MÔ HÌNH PID 79
5.3.1 Điều khiển tấn công đột nóc 80
5.3.2 Trường hợp xét đến ảnh hưởng của gió ngang và gió dọc 83
KẾT LUẬN 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO 88
PHỤ LỤC 89
Trang 8DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1 Véc tơ khí động học đầu vào 13
Bảng 2 Input file của Missile Datcom 27
Bảng 3 Các output file của Missile Datcom 27
Bảng 4 Các namelist trong Datcom 31
Bảng 5 Các biến điều kiện bay 32
Bảng 6 Các biến tham chiếu 32
Bảng 7 Các biến hình học thân 33
Bảng 8 Các biến hình học ngoài 34
Bảng 9 Các biến tổ hợp cánh 35
Bảng 10 Nhập biên dạng cánh NACA 36
Bảng 11 Đặt góc mở cánh lái 37
Bảng 12 Cài đặt điều kiện bay ổn định 38
Bảng 13 Cài đặt cánh hút gió 39
Bảng 14 Cài đặt dữ liệu thực nghiệm thay thế 39
Bảng 15 Cài đặt trình điều khiển 40
Bảng 16 Cài đặt tùy chỉnh đầu ra 42
Bảng 17 Kí hiệu các hệ số ở file đầu ra 44
Bảng 18 Kí hiệu các hệ số đạo hàm ở file đầu ra 47
Bảng 19 Thông số hình học cánh tên lửa SA-2 48
Bảng 20 Điều kiện bay tên lửa SA-2 48
Bảng 21 So sánh các bước thời gian 57
Bảng 22 So sánh kết quả mô phỏng ném xiên với lý thuyết 58
Bảng 23 Các thông số của tên lửa Javelin 59
Bảng 24 Các hệ số lực khí động 65
Bảng 25 Các hệ số mômen 65
Bảng 26 Các hệ số đạo hàm theo vận tốc pitch 66
Bảng 27 Các hệ số đạo hàm theo vận tốc yaw 66
Bảng 28 Các hệ số đạo hàm theo vận tốc roll 67
Bảng 29 Thông số khối tên lửa Javelin 68
Bảng 30 Véc tơ trạng thái khởi tạo 69
Bảng 31 So sánh các bước thời gian mô phỏng cho mô hình tên lửa 70
Bảng 32.So sánh dữ liệu tính toán được với dữ liệu trong bài báo 73
Bảng 33 Giá trị khảo sát ổn định 74
Bảng 34 So sánh tầm xa trước và sau khi áp đặt sai lệch 75
Bảng 35 Thông số tấn công trong các trường hợp 86
Trang 9DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.Một dạng tên lửa đơn giản 3
Hình 2 Nhà phát minh Robert H Goddard với tên lửa nhiên liệu lỏng đầu tiên trên thế giới 5
Hình 3 Tên lửa V-2 mở đường cho sự bùng nổ của công nghệ tên lửa đạn đạo 5
Hình 4 Khởi động tên lửa Javelin 11
Hình 5 Cấu tạo tên lửa Javelin 12
Hình 6 Các hệ tọa độ trong chuyển động của tên lửa 17
Hình 7 Hệ trục tọa độ và các đại lượng chuyển động, khí động 18
Hình 8 Ba phép quay theo ba góc , , ; chuyển động Yawing (a), chuyển động Pitching (b), Chuyển động Rolling (c) 19
Hình 9 Các biến hình học thân 34
Hình 10 Các biến tổ hợp cánh 36
Hình 11 Kích thước tên lửa SA-2 47
Hình 12 Nhập dữ liệu Missile datcom 49
Hình 13 Đầu ra của Missile datcom 50
Hình 14 Cửa sổ giao diện Simulink 51
Hình 15 Thư viện simulink 52
Hình 16 Các khối Simulink 53
Hình 17 Thiết lập bộ giải Simulink 55
Hình 18 Sơ đồ khối mô phỏng ném xiên 56
Hình 19 Quỹ đạo ném xiên 58
Hình 20 Kích thước tên lửa Javelin 59
Hình 21 Kết quả hình học từ Datcom 60
Hình 22 Hệ số lực pháp tuyến theo vận tốc 61
Hình 23 Hệ số lực pháp tuyến theo góc tấn 61
Hình 24 Hệ số lực dọc trục theo vận tốc 62
Hình 25 Hệ số lực dọc trục theo góc tấn 62
Hình 26 Hệ số mômen chúc ngóc theo vận tốc 63
Hình 27 Hệ số mômen chúc ngóc theo góc tấn 64
Hình 28 Mô hình phi tuyến Simulink mô phỏng tên lửa 68
Hình 29 Quỹ đạo bay trường hợp không lệch cánh lái 71
Hình 30 Tầm xa trường hợp không lệch cánh lái 71
Hình 31 Góc euler trường hợp không lệch cánh lái 72
Hình 32 Vận tốc tịnh tiến trường hợp không lệch cánh lái 72
Hình 33 Vận tốc góc trường hợp không lệch cánh lái 73
Hình 34 Quỹ đạo ngang trường hợp có sai lệch điều khiển 74
Hình 35 Góc euler trường hợp có sai lệch điều khiển 75
Hình 36 Vận tốc góc trường hợp có sai lệch điều khiển 75
Hình 37 Quỹ đạo trường hợp trọng tâm nằm sau tâm khí động 76
Trang 10Hình 38 Góc pitch trường hợp trọng tâm nằm sau tâm khí động 77
Hình 39 Vận tốc tịnh tiến trường hợp trọng tâm nằm sau tâm khí động 77
Hình 40 Vận tốc góc trường hợp trọng tâm nằm sau tâm khí động 78
Hình 41 Ảnh hưởng của gió ngang tới quỹ đạo bay 79
Hình 42 Ảnh hưởng của gió dọc tới quỹ đạo bay 79
Hình 43 Quỹ đạo tấn công đột nóc 80
Hình 44 Mô hình tính toán điều khiển tên lửa 81
Hình 45 Góc tấn công của tên lửa 82
Hình 46 Quỹ đạo tên lửa tính toán bằng mô hình 82
Hình 47 Góc lệch cánh lái trong quá trình bay 83
Hình 48 Quỹ đạo theo phương thẳng đứng xOz thay đổi do gió ngang 84
Hình 49.Quỹ đạo theo phương ngang xOy thay đổi do gió ngang 84
Hình 50 Góc lệch cánh lái trường hợp có gió ngang 85
Hình 51 Quỹ đạo theo phương thẳng đứng xOz thay đổi do gió dọc 85
Hình 52 Góc lệch cánh lái điều khiển trường hợp có gió dọc 86
Trang 11𝐶𝑁 Hệ số lực pháp tuyến (Normal Force Coefficient)
𝐶𝐿 Hệ số lực nâng (Lift Coefficient)
𝐶𝑚 Hệ số mômen pitch (Pitching Moment Coefficient)
𝑥𝑐𝑝 Tọa độ tâm áp (Center of Pressure)
𝐶𝐴 Hệ số lực dọc trục (Axial Force Coefficient)
𝐶𝐷 Hệ số lực cản (Drag Coefficient)
𝐶𝑌 Hệ số lực dạt sườn (Side Force Coefficient)
𝐶𝑛 Hệ số mômen yaw (Yawing Moment Coefficient) (body axis)
𝐶𝑙 Hệ số mômen roll (Rollng Moment Coefficient) (body axis)
𝐶𝑁𝛼 Hệ số đạo hàm lực pháp tuyến theo góc tấn
𝐶𝑚𝛼 Hệ số đạo hàm mômen pitch theo góc tấn
𝐶𝑌𝛽 Hệ số đạo hàm lực dạt sườn theo góc trượt cạnh
𝐶𝑛𝛽 Hệ số đạo hàm mômen yaw theo góc trượt cạnh
𝐶𝑙𝛽 Hệ số đạo hàm mômen roll theo góc trượt cạnh
𝐶𝑚𝑞 Hệ số đạo hàm mômen pitch theo vận tốc góc pitch (pitch rate)
𝐶𝑁𝑞 Hệ số đạo hàm lực pháp tuyến theo vận tốc góc pitch
𝐶𝐴𝑞 Hệ số đạo hàm lực dọc trục theo vận tốc góc pitch
𝐶𝑚𝛼̇ Hệ số đạo hàm mômen pitch theo sự thay đổi góc tấn
𝐶𝑁𝛼̇ Đạo hàm hế số lực pháp tuyến theo sự thay đổi góc tấn
𝐶𝑙𝑝 Hệ số đạo hàm mômen roll theo vận tốc góc roll (roll rate)
𝐶 Hệ số đạo hàm mômen yaw theo vận tốc góc roll
Trang 12𝐶𝑌𝑝 Hệ số đạo hàm lực dạt sườn theo vận tốc góc roll
𝐶𝑙𝑟 Hệ số đạo hàm mômen roll theo vận tốc góc yaw (yaw rate)
𝐶𝑛𝑟 Hệ số đạo hàm mômen yaw theo vận tốc góc yaw
𝐶𝑌𝑟 Hệ số đạo hàm lực dạt sườn theo vận tốc góc yaw
q Áp suất động
b Sải cánh (chiều dài tham chiếu ngang)
c Dây cung trung bình (chiều dài tham chiếu dọc)
S Diện tích tham chiếu
Trang 13LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, lĩnh vực nghiên cứu và chế tạo tên lửa đang phát triển và ngày càng trở nên quan trọng Không chỉ phục vụ cho quân sự, ngày nay tên lửa ngày càng được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ Tại Việt Nam, lĩnh vực nghiên cứu chế tạo tên lửa đang trên đà phát triển và đạt được nhiều thành tựu ấn tượng
Tên lửa ngày nay được phát triển theo rất nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng, từ chiến đấu, huấn luyện, nghiên cứu khoa học đến du hành vũ trụ Đặc biệt, việc chế tạo tên lửa chiến đấu hiện nay đang là vấn đề nóng hổi của thế giới, được rất nhiều người quan tâm
Trong quá trình thiết kế tên lửa thì việc thiết kế hệ thống điều khiển luôn được đặt lên hàng đầu, nó quyết định rất lớn đến tính hiệu quả của tên lửa Nhận thấy được tiềm năng
và xu hướng phát triển này, em chọn và thực hiện Luận văn tốt nghiệp với nội dung:
“Nghiên cứu, tính toán ổn định tên lửa sử dụng mô phỏng số”, với mục tiêu là thực hiện tính toán đặc tính chuyển động và ổn định của một mẫu tên lửa Luận văn bao gồm sáu chương với các nội dung chính sau:
Chương 1 Giới thiệu chung về tên lửa
Chương này cung cấp các kiến thức cơ bản về tên lửa và lịch sử phát triển của nó, đồng thời cũng giới thiệu mẫu tên lửa nghiên cứu trong luận văn này
Chương 2 Phương trình chuyển động của vật rắn
Chương này đưa ra các các phương trình chuyển động của một vật rắn bất kì, đây là
cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình sáu bậc tự do mô phỏng chuyển động tên lửa
Chương 3 Giới thiệu về công cụ tính toán
Chương này giới thiệu về công cụ tính toán khí động Missile Datcom và công cụ mô phỏng sáu bậc tự do Matlab Simulink Các thông tin về đầu vào, đầu ra và cách vận hành các công cụ được giới thiệu trong chương này
Chương 4 Ứng dụng missile datcom tính toán đặc tính khí động, điều khiển tên lửa
Chương này đưa ra các bước chi tiết thiết lập đầu vào tính toán khí động cho tên lửa
Trang 14Javelin trong các trường hợp bay khác nhau, sau đó phân tích các kết quả thu được
Chương 5 Mô phỏng quỹ đạo và khảo sát ổn định
Ở chương này, mẫu tên lửa Javelin được đưa vào một mô hình mô phỏng sáu bậc tự
do với các dữ liệu đã tính từ chương 4 Kết quả mô phỏng cho ta đặc tính chuyển động, điều khiển và ổn đinh của mẫu tên lửa
Nghiên cứu này là bước đầu để chế tạo ra bộ điều khiển tên lửa và không tránh khỏi những sai sót Mong các thầy có thể giúp em chỉnh sửa và hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cám ơn TS Lưu Hồng Quân đã giao cho em một đề tài rất thú
vị, cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Kĩ Thuật Hàng Không Và Vũ Trụ, cùng các bạn lớp KSCLC-Cơ khí hàng không K58 đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình giúp em hoàn thành luận văn này
Trang 15CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÊN LỬA
1.1 Tổng quan về tên lửa
1.1.1 Khái niệm
Tên lửa (Hán-Việt: hỏa tiễn) là một khí cụ bay, có hoặc không có điều khiển, chỉ
sử dụng một lần, chuyển động nhờ sức đẩy theo nguyên tắc phản lực do khí phụt ra từ động
cơ tên lửa (xem thêm Định luật 3 Newton)
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển
Người ta đã xác minh được rằng hỏa tiễn mà văn bản cổ nhất nói tới, thực ra chỉ
là những mũi tên mang chất cháy Nếu chỉ căn cứ vào những bằng chứng hoàn toàn xác thực, thì pháo hoa kiểu tên lửa, dạng áp dụng đầu tiên của lực đẩy của thuốc pháo, đã trở thành trò chơi dân gian ở Trung Hoa trong triều đại Đường (618-907)
Còn việc vận dụng chính lực đẩy ấy để phóng mũi lao tới quân thù thì việc đó được xác nhận bởi nhiều chuyện kể về những trận đánh của người Trung Hoa chống Mông
Cổ trong thế kỉ XIII Nói riêng, trong cuộc bao vây kinh thành Khai Phong của họ, người Trung Hoa đã sử dụng thành công những hỏa tiễn đẩy một tên lửa nhỏ, gồm ống tre chứa đầy thuốc pháo và buộc vào gần mũi nhọn, lỗ hở hướng về nơi lắp cánh đuôi hỏa tiễn
Hình 1.Một dạng tên lửa đơn giản
Trang 16trong các chiến dịch của họ Nói riêng, họ đã sử dụng chúng gần Budapest năm 1241, rồi ở Bagdad năm 1251
Nhưng chủ yếu lại qua người Arập mà người châu Âu biết đến thuốc súng lẫn tên lửa Tuy Albert le Grand đã cho công thức làm "lửa bay" trong cuốn sách "Về những điều
kì diệu về thế giới" của ông, nhưng lại nhờ Marcus Graecus hay Marc le Grec (Marc người
Hy Lạp) mà chúng ta có một bản mô tả chi tiết tên lửa, trong cuốn Sách về những ngọn lửa
để đốt quân thù của ông Cuốn sách có lẽ đã xuất hiện trong khoảng từ 1225 đến 1250, hoặc
1270 Chúng ta cũng ghi nhận rằng, trong số các nhà tiên phong về kĩ thuật tên lửa thời Trung cổ, thì người Italia là Muratori từ 1379 đã dùng thuật ngữ rochetta, được người Pháp chuyển thành roquette, rồi đến người Anh lại thành rocket
Từ cuối thế kỉ XVII, để làm tiết mục trung tâm cho buổi bắn pháo hoa, người ta
sử dụng những tên lửa mạnh hơn, có thể đưa một trọng tải lên cao, chủ yếu là những lá cờ
và nhiều vật nhỏ khác
Năm 1804, sĩ quan Anh William Congreve trở về từ Ấn Độ, quốc vương Hồi giáo cuối cùng của Mysore, thuyết phục được chính phủ của hoàng đế Anh giao phó cho ông công việc mà sau nàu sẽ là cuộc nghiên cứu thuần lí về tên lửa quân sự đầu tiên Ông hoàn chỉnh được một mẫu nặng 15 kg, có tầm xa từ 2500 đến 3000 m, sau đó hai nghìn phiên bản được phóng vào thành phố Boulogne từ 1806 Ngay lập tức, các cường quốc khác quan tâm tới thứ vũ khí mà họ đã sử dụng lẻ tẻ trong quá khứ đó, và nhiều tiến bộ đã đạt được hầu như ở khắp mọi nơi Nhưng, vào giữa thế kỉ XIX, tên lửa chiến tranh dùng thuốc súng
đã bị thay thế bởi đạn đại bác
Năm 1898, lịch sử lâu dài của tên lửa đầy thăng trầm đã có một bước ngoặt quyết định Một thầy giáo Nga không tên tuổi, Constantin Tsiolkovski đặt cơ sở khoa học cho ngành du hành vũ trụ dựa trên việc sử dụng đẩy tên lửa dùng chất đốt lỏng
Trang 17
Hình 2 Nhà phát minh Robert H Goddard với tên lửa nhiên liệu lỏng
đầu tiên trên thế giới
Năm 1919, giáo sư vật lí Mĩ trẻ Robert H Goddard cho xuất bản một cuốn sách kinh điển về kĩ thuật tên lửa: Phương pháp để đạt những độ cao cực lớn Năm 1923, ông theo quan điểm của Tsiolkovski và hướng các nghiên cứu của mình vào tên lửa dùng nhiên liệu lỏng Ba năm sau, ông đã thực hiện thành công chuyến bay đầu tiên, nhưng ngắn ngủi của một tên lửa nhỏ, phóng lên bằng một hỗn hợp dầu thắp đèn (dầu lửa) và oxy lỏng, lên cao được 30m Ngay trước Thế chiến Thứ hai, tên lửa của ông - bao gồm đủ các bộ phận của máy phóng thiết bị vũ trụ tương lai - đã lên cao được 2200m và đạt vận tốc 1000 km/h
Hình 3 Tên lửa V-2 mở đường cho sự bùng nổ của công nghệ tên lửa đạn đạo
Trang 18ấy sau này được dùng để đẩy một máy bay - tên lửa được thiết kể bởi kĩ sư Serge Korolev
Ở Đức, những nhà nghiên cứu nghiệp dư của VfR (Verein fue Raumchiffart, Hội
du hành vũ trụ), sau khi dùng tên lửa để đẩy ôtô - do đó quảng cáo được cho cả sự nghiệp của họ, lẫn cho hãng Opel - đến năm 1930, đã bắt đầu thử nghiệm những tên lửa nhỏ dùng nhiên liệu lỏng
Ngày 3 tháng 10 năm 1942, tên lửa thí nghiệm đầu tiên A-a được phóng lên Ngày
8 tháng 9 năm 1944, dụng cụ nặng 15 tấn, mang một tấn thuộc nổ này, được đưa vào hoạt động với tên gọi V2 đã được phóng sang London và Paris
Ông tổ của những tên lửa lớn, nhiều tầng, hiện được phóng từ căn cứu Kennedy
là một tên lửa V2, trên đó có lắp một tên lửa Wac-Corporal nhỏ Thiết bị này, phóng lên ngày 24 tháng 2 năm 1949 đã có thể đạt độ cao 403 km Đó là một tên lửa Redstone (đá đỏ)
mà nhóm của Von Braun chế tạo trước hết Rồi từ dụng cụ 20.400 kg xuất xứ từ V2 này, lại đến tên lửa Jupiter, 47.600 kg, tiêu thụ kêrôxen và oxy lỏng Chính là với Jupiter mà người Mĩ đã phóng thành công vệ tinh đầu tiên của họ, ngày 1 tháng 2 năm 1958
Ba tháng trước đó, dư luận quần chúng cũng như các nhà chuyên môn đã sửng sốt trước việc phóng vệ tinh Spoutnik, nặng 84 kg của Nga, tiếp theo là một vệ tinh khác, nặng
508 kg, chỉ sau đó một tháng Như vậy, rõ ràng là ở Liên Xô, người ta cũng tin cậy vào các nhà tên lửa học, và các nghiên cứu đã được tiến hành lâu năm ở đó dưới sự bảo trợ của nhà nước, và trong sự bí mật hoàn hảo nhất
Ngay sau đó, người ta chế tạo những tên lửa ngày càng mạnh, càng đáng tin cậy hơn, để thỏa mãn các nhu cầu nghiên cứu vũ trụ và du hành vũ trụ Một trong những tên lửa độc đáo hơn cả và được sử dụng lâu dài hơn cả (một vạn lần phóng) là tên lửa R-7 của Korolev; được thử nghiệm có kết quả trong tháng 8 năm 1957, thì ngay tháng 10 nó đã đưa được lên quỹ đạo vệ tinh nhân tạo đầu tiên, Spoutnik-1 Tầng thứ nhất của nó gồm hai mươi ống phụt, thành thử đường kính đáy của nó lên tới 10m Từ lúc đó, diễn ra một cuộc ganh đua giữa Liên Xô và Hoa Kì Cuộc chạy đua về sức mạnh đã đem lại thắng lợi cho người
Trang 19Mĩ, vào tháng 11 năm 1967, với sự phóng lần đầu của tên lửa Saturn-5 do nhóm của Von Braun xây dựng Nó cao 110m, cân nặng 2700 tấn lúc cất cánh và có thể đưa lên mặt trăng một con tàu Apollo 45 tấn, nhưng nó chỉ được chế tạo tới phiên bản thứ 18 Energia của Nga đã là tên lửa mạnh nhất thế giới, từ ngày nó được đưa vào hoạt động, tháng 5 năm
1987, cho đến khi ngừng khai thác, năm 1995 (vì lí do kinh tế)
Cuối cùng, nước Pháp đã trở thành cường quốc vũ trụ thứ ba, vào năm 1965, với việc đưa quả vệ tinh nhỏ Astéris lên quỹ đạo, bằng tên lửa Diamant A Tên lửa Arian của châu Âu đã bắt đầu sự nghiệp vinh quang của nó năm 1979; cao 48m, Arian có thể đưa từ
bệ phóng Kourou ở Guyana, lên quỹ đạo địa tĩnh, những thiết bị nặng tới 1750 kg, năm
1996, Arian-5 đã có một khả năng phóng 6700 kg Sự tăng khối lượng của các vệ tinh này,
sở dĩ trở thành khả dĩ, là nhờ sự phát triển của những thiết bị phóng dùng sự đẩy với kĩ thuật nghiệm lạnh (tức là dùng oxy và hydro lỏng)
1.1.3 Phân loại
Tên lửa có thể phân loại theo nhiều tiêu chuẩn phân loại:
a, Theo công dụng
Tên lửa chiến đấu
Tên lửa huấn luyện
Tên lửa nghiên cứu khoa học
Tên lửa vũ trụ để du hành vũ trụ (còn gọi là tên lửa mang, tên lửa đẩy hay tên lửa chuyển tải)
b, Theo hệ thống điều khiển
Tên lửa có điều khiển: quỹ đạo bay hoặc các tham số khác được hiệu chỉnh trong quá trình bay có thể được điều khiển theo nhiều phương thức như theo chương trình cài đặt sẵn (tự lập), điều khiển từ xa, tự dẫn
Tên lửa không điều khiển: không có tác động nào hiệu chỉnh quỹ đạo và các tham
số khi bay
Trang 20c, Theo số tầng
Tên lửa một tầng
Tên lửa nhiều tầng
d, Theo đầu đạn
Tên lửa mang đầu đạn hạt nhân
Tên lửa mang đầu đạn thông thường
f, Theo quy mô nhiệm vụ
Tên lửa chiến lược: là loại tên lửa đạn đạo loại lớn mang đầu đạn hạt nhân sức huỷ diệt cực lớn dùng để huỷ diệt các thành phố, cơ sở hạ tầng của đối phương, quy mô huỷ diệt của nó có vai trò quyết định kết cục chiến tranh Đương lượng
nổ của đầu đạn tên lửa chiến lược phải tính bằng megaton
Tên lửa chiến thuật: mang đầu đạn hạt nhân để tiêu diệt các lực lượng quân sự của đối phương trong một khoảng chiến trường nhỏ hẹp, đương lượng nổ chỉ tính bằng kiloton
g, Theo đặc tính quỹ đạo và đặc điểm cấu tạo
Tên lửa đạn đạo (còn gọi là tên lửa đường đạn): là loại tên lửa có phần lớn quỹ đạo tuân theo phương trình của vật dưới tác động của trường trọng lực Loại tên lửa này không bị tác động bởi lực nâng khí động học, thường được phóng thẳng đứng vượt ra khỏi tầng khí quyển đậm đặc và thâm nhập vũ trụ như một tên lửa
vũ trụ
Tên lửa hành trình còn gọi là tên lửa cruise, tên lửa cruidơ, tên lửa có cánh hay
Trang 21tên lửa tuần kích: là loại tên lửa có độ cao trong phạm vi tầng khí quyển thấp, luôn chịu tác động của lực nâng khí động học, bay theo cao độ địa hình
h, Theo nơi phóng và vị trí mục tiêu
Tên lửa đất đối đất
Tên lửa đất đối không
Tên lửa đất đối hải
Tên lửa hàng không (gồm ba loại: tên lửa không đối không, tên lửa không đối đất, tên lửa không đối hải)
Tên lửa hải đối không
Tên lửa hải đối hải
Tên lửa hải đối đất
i, Theo nơi phóng và vị trí mục tiêu
Tên lửa phòng không
Tên lửa chống tăng
Tên lửa chống ra-đa
Tên lửa chống tên lửa
Tên lửa chống ngầm (còn gọi là tên lửa - ngư lôi)
1.2 Giới thiệu tên lửa FGM-148 Javelin
1.2.1 Lịch sử
Javelin Anti-Tank Guided Missile (ATGM) là một hệ thống tên lửa dẫn hướng vác vai được thiết kế đặc biệt để đánh và phá hủy các xe thiết giáp và xe chiến đấu Dự án
đã được quản lý bởi Texas Instrument (sau này đổi thành Raytheon) và Lockheed Martin
Năm 1983, Quân đội Hoa Kỳ giới thiệu AAWS-M (Advanced Anti-Tank Weapon System-Medium) yêu cầu và, năm 1985, AAWS-M đã được phê duyệt để phát triển
Vào tháng 8 năm 1986, giai đoạn Proof-of-Principle (POP) bắt đầu, với một hợp
Trang 22đồng trị giá 30 triệu đô la được trao cho những người biểu tình bằng chứng kỹ thuật: Ford Aerospace (tia laser), Hughes Aircraft Missile System Group (hình ảnh hồng ngoại kết hợp với một sợi cáp quang liên kết) và Texas Instruments (hình ảnh hồng ngoại)
Cuối năm 1988, giai đoạn POP đã kết thúc, và vào tháng 6 năm 1989, hợp đồng phát triển toàn diện đã được trao cho một liên doanh của Texas Instruments và Martin Marietta (nay là Raytheon và Lockheed-Martin) AAWS-M nhận được chỉ định của FGM-
148
1.2.2 Chức năng
Tên lửa này thường dùng để tấn công phần nóc tháp pháo hoặc nóc các xe tăng,
xe thiết giáp do phần trên của các xe này mỏng hơn, nhưng cũng có kiểu tấn công trực tiếp bằng cách bắn thẳng vào các tòa nhà hay các công sự
Tên lửa này cũng có thể sử dụng trên các máy bay trực thăng ở các kiểu tên lửa tấn công trực tiếp Javelin đã được sử dụng trong Cuộc xâm lược Iraq năm 2003, có hiệu quả cao trong việc phá hủy các xe tăng T-72 và Type 69 của Iraq
Tổ bắn tên lửa loại này thường có hai người, trong đó một người bắn chính và một người vác đạn Giá thành của mỗi quả tên lữa Javelin là 40.000 USD
1.2.3 Nguyên lý hoạt động
Javelin được bắn sau khi một mục tiêu bị khóa với đầu dò hồng ngoại (IR) của tên lửa Tên lửa này có hai đơn vị đẩy độc lập, cụ thể là động cơ khởi động và động cơ bay Động cơ khởi động cung cấp lực khởi động nhỏ để đẩy tên lửa ra khỏi ống phóng với tốc
độ khoảng 13m/s Sau khi hết nhiên liệu khởi động, 8 cánh giữa và 4 cánh đuôi lật ra Tên lửa di chuyển với vận tốc này đến một khoảng cách an toàn khoảng 5 mét, sau đó bay động
cơ đốt cháy và cung cấp lực đẩy để đẩy tên lửa đến vận tốc tối đa của nó [10] Sự ra đời của Javelin ATGM được thể hiện trong hình 4
Trang 23Hình 4 Khởi động tên lửa Javelin
1.2.4 Cấu tạo và thông số
1.2.4.1 Thông số
Thông số cơ bản
- Chức năng chính: Tên lửa dẫn hướng vác vai chống tăng
- Hãng sản xuất: Lockheed Martin, Raytheon
- Thuốc phóng: động cơ nhiên liệu rắn
- Chiều dài tên lửa 1.1 m
Trang 24Hình 5 Cấu tạo tên lửa Javelin
1.3 Đặt vấn đề
Trang 25Công nghệ tên lửa dẫn đường hiện đang ngày càng phát triển và đóng vai trò rất quan trọng quyết định đến mức độ hiện đại và hiệu quả của một quả tên lửa Bài toán mô phỏng quỹ đạo bằng mô hình 6 bậc tự do là một trong các nền móng để xây dựng lên bộ điều khiển tự động tên lửa Để làm bài toán mô phỏng, ta cần tính toán thông số khí động của tên lửa qua mô hình hình học đã đưa ra ở trên và các thông số bay [10] sau:
Bảng 1 Véc tơ khí động học đầu vào
Trang 26CHƯƠNG 2 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN
Chương này sẽ thảo luận về mô hình toán học của một thân cứng Các phương trình phi tuyến của chuyển động cho một hệ quy chiếu trái đất phẳng, không quay sẽ được trình bày Các phương trình sẽ được trình bày theo cách mà chúng có thể được tích hợp vào môi trường mô phỏng
2.1 Các lực khí động và mômen tác động lên vật bay
Các lực và mômen tác động lên máy bay được lấy về trọng tâm tâm của máy bay Lực cản ở đây chủ yếu là cản hình dạng và ma sát Lực nâng được tạo ra bởi cả lực nâng Bernoulli và lực nâng do xoáy
Tổng mômen tác động trên máy bay được xem xét về các trục chính của hệ tọa độ Mômen với trục x của hệ trục thân được gọi là mômen Rolling, mômen với trục y của hệ trục thân là mômen chúc ngóc, và mômen với trục z của thân được gọi là mômen Yawing
2.1.1 Các hệ số lực khí động và mômen
Để tính toán lực và mômen tác động lên vật bay trong một điều kiện bay nhất định,
ta cần tính các hệ số khí động của vật bay trong các trường hợp đó, các hệ số cần tính bao gồm:
Trang 27 Hệ số đạo hàm lực pháp tuyến theo góc tấn 𝐶𝑁𝛼
Hệ số đạo hàm mômen pitch theo góc tấn 𝐶𝑚𝛼
Hệ số đạo hàm lực dạt sườn theo góc trượt cạnh 𝐶𝑌𝛽
Hệ số đạo hàm mômen yawing theo góc trượt cạnh 𝐶𝑛𝛽
Hệ số đạo hàm mômen rolling theo góc trượt cạnh 𝐶𝑙𝛽
Hệ số đạo hàm mômen pitching theo vận tốc góc pitch (pitch rate) 𝐶𝑚𝑞
Hệ số đạo hàm lực pháp tuyến theo vận tốc góc pitch 𝐶𝑁𝑞
Hệ số đạo hàm lực dọc trục theo vận tốc góc pitch 𝐶𝐴𝑞
Hệ số đạo hàm mômen pitching theo sự thay đổi góc tấn 𝐶𝑚𝛼̇
Hệ số đạo hàm lực pháp tuyến theo sự thay đổi góc tấn 𝐶𝑁𝛼̇
Hệ số đạo hàm mômen rolling theo vận tốc góc roll (roll rate) 𝐶𝑙𝑝
Hệ số đạo hàm mômen yawing theo vận tốc góc roll 𝐶𝑛𝑝
Hệ số đạo hàm lực dạt sườn theo vận tốc góc roll 𝐶𝑌𝑝
Hệ số đạo hàm mômen rolling theo vận tốc góc yaw (yaw rate) 𝐶𝑙𝑟
Hệ số đạo hàm mômen yawing theo vận tốc góc yaw 𝐶𝑛𝑟
Hệ số đạo hàm lực dạt sườn theo vận tốc góc yaw 𝐶𝑌𝑟
Trang 28C(tổng) = C(tĩnh) + ΔC (2.1)
Với ∆𝐶 = 𝐶(𝑔𝑖ả𝑚 𝑐ℎấ𝑛) × 𝑘
2𝑉 𝑇× 𝑣ậ𝑛 𝑡ố𝑐 𝑔ó𝑐 (2.2) Hằng số k là chiều dài sải cánh b trong trường hợp tốc độ góc roll và yaw hoặc dây cung trung bình c với tốc độ góc pitch Từ đó ta tính ra được các lực và mômen khí động tác động lên tên lửa [7]:
Mômen xoay(roll): là mômen theo trục x của hệ tọa độ liên kết, mômen roll dương
khi làm cho vật bay quay theo chiều kim đồng hồ quanh trục x
Trang 29Ta xét các hệ tọa độ sau trong chuyển động của vật [4]:
Hình 6 Các hệ tọa độ trong chuyển động của tên lửa
a, Hệ toạ độ cố định Oxyz
Gốc O là điểm xuất phát của tên lửa,
Trang 30Trục Oz hướng thẳng đứng xuống dưới
Trục Ox thường là một hướng đặc trưng (ví dụ: hướng Đông)
Trục Oy thẳng góc với mặt phẳng Oxz,
Hệ trục Oxyz tạo thành một tam diện thuận
b, Hệ trục chuyển động tịnh tiến cùng vật bay Cx f y f z f
Gốc tọa độ ở khối tâm của vật bay các trục Cx f , Cy f , Cz f có phương không đổi và
tương ứng song song với các trục cố định Ox ,Oy , Oz Mặt phẳng Cx f y f là mặt phẳng nằm ngang
c, Hệ trục liên kết Cx b y b z b
Có gốc C là khối tâm vật bay
Trục Cx b thường là trục dọc của vật bay, hướng về phía mũi
Trục Cz b nằm trong mặt phẳng đối xứng của vật bay, hướng xuống dưới trong trường hợp vật bay bay ngang
Trục Cy b hướng thẳng góc với mặt phẳng Cz b z b và tạo thành một tam diện thuận
Hình 7 Hệ trục tọa độ và các đại lượng chuyển động, khí động
Bây giờ, ta xét các góc lệch giữa hệ trục liên kết và hệ tịnh tiến cùng vật bay, ta có các góc euler trong chuyển động của vật bay:
Trang 31Vị trí hệ trục Cxyz xác định hướng của vật bay và có thể biểu diễn theo ba phép quay
liên tiếp với các góc quay Euler Từ hệ trục Ox0y0z0 ta thực hiện ba phép quay liên tiếp sau:
Quay hệ trục Ox0y0z0xung quanh trục Cz 0 một góc ta được hệ trục Cx 1 y 1 z 1
Quay hệ trục Cx 1 y 1 z 1 xung quanh trục Cy 1 một góc ta được hệ trục Cx 2 y 2 z 2
Quay hệ trục Cx 2 y 2 z 2 xung quanh trục Cx 2 một góc ta được hệ trục Cx 3 y 3 z 3, hệ
trục này trùng với hệ trục Cxyz
Các góc , , là các góc Euler, lần lượt đặc trưng cho các chuyển động rẽ hướng
(Yawing), chúc ngóc (Pitching), liệng (Rolling) của vật bay
Hình 8 Ba phép quay theo ba góc , , ; chuyển động Yawing (a), chuyển động Pitching (b),
Chuyển động Rolling (c)
Khi mà vật bay thực hiện cả ba chuyển động phức tạp thì ta phải thực hiện cả ba phép quay trên Qua tính toán ta thu được công thức biến đổi một véc tơ từ hệ trục tịnh tiến cùng vật bay sang hệ hệ trục liên kết:
Trang 32ℎ̇ = Usin𝜃 – Vsin𝜙cos𝜃 − Wcos𝜙cos𝜃
Đạo hàm véc tơ góc euler:
𝜙̇ = P + tan𝜃(Qsin𝜙 + Rcos𝜙)
𝜃̇ = Qcos𝜙 − Rsin𝜙 (2.13) 𝜓̇ = (Qsin𝜙 + Rcos𝜙) ∕cos𝜃
2.2.3 Các phương trình động lực học
Phương trình chuyển động của một vật bay hay bất cứ một vật chuyển động nào cũng đều bắt nguồn từ định luật II Newton áp dụng cho từng phần tử khối lượng sai phân nhỏ với giả thiết xem vật bay là một vật rắn tuyệt đối thì phương trình chuyển động của vật bay bao gồm phương trình chuyển động khối tâm C và phương trình biến thiên momen động lượng [4]:
c dV
m: là khối lượng vật bay
H: là véc tơ momen động lượng của vật bay đối với C
Trang 33Dùng các công thức đổi trục tọa độ ta thu được các phương trình lực và mômen [4] sau:
Phương trình cân bằng lực theo các phương của các trục Cx b ,Cy b , Cz b:
e e e
Trang 34sẽ hội tụ về giá trị chính xác Việc này cơ bản giống như quá trình tử hóa trong lĩnh vực xử
lý tín hiệu số
2.3 Mô phỏng chuyển động vật bay bằng mô hình hình sáu bậc tự do
Một mô hình sáu bậc tự do phi tuyến được tạo ra bằng cách sử dụng phương trình chuyển động phi tuyến Vì các biến số quan tâm chỉ có sẵn thông qua việc tích hợp các phương trình phi tuyến, ta có thể làm tuyến tính mô hình phi tuyến về điểm cân bằng và đại diện cho hệ thống tuyến tính bằng cách sử dụng một ma trận chuyển tiếp trạng thái điển hình được sử dụng trong lý thuyết kiểm soát không gian trạng thái Tuy nhiên, điều này có thể rất khó khăn Một phương pháp tốt hơn là tạo ra một mô hình phi tuyến tính trong Mathwork và Simulink của Mathlab Điều này cho phép mô hình phi tuyến được tạo ra trong môi trường Simulink và được lập trình như một hàm S- function Véc tơ biến trạng thái được đưa ra trong phương trình là véc tơ vị trí trong hệ tọa độ cố định e n
p T, véc tơ góc
euler ΦT, véc tơ vận tốc tịnh tiến 𝑣𝐶𝑀/𝑒𝑏 𝑇 và vận tốc góc 𝜔𝑏/𝑒𝑏 𝑇 trong hệ tọa độ liên kết Chi tiết tham khảo trong luận văn của Isaac D Rose[1], trang 101
Trang 35(2.25)
Trang 36CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG CỤ TÍNH TOÁN
3.1 Missile Datcom
3.1.1 Giới thiệu chung
Trong thiết kế sơ bộ dành cho tên lửa, chúng ta luôn cần phải ước lượng các yếu tố khí động của mô hình sơ khởi, sau đó liên tục thay đổi các tham số thiết kế, thực hiện lại phép ước lượng cho mô hình mới Quá trình đó được lặp lại cho đến khi thiết kế đạt được chất lượng khí động mong muốn Việc tính toán các thông số khí động cần được thực hiện với thời gian ngắn nhất bằng những phương pháp ít tốn kém Người thiết kế đồng thời phải
có khả năng ước đoán trước sự biến đổi giá trị của các thông số khí động cho một số lượng cấu hình hình học rất lớn Vì thế Missile Datcom ra đời với mục đích cung cấp một phương tiện thiết kế khí động có độ chính xác phù hợp với thiết kế sơ bộ, tức là có thể dễ dàng, nhanh chóng đưa ra các thông số khí động của cấu hình hình học cho trước, đồng thời cũng
có thể thay đổi cấu hình hình học đó để tiếp tục thực hiện việc ước lượng một cách không mấy khó khăn hay tốn kém
Về cơ sở lý thuyết, Missile Datcom sử dụng phương pháp bán thực nghiệm Nội dung của phương pháp này nằm ở các công thức lý thuyết khí động học, kết hợp với thư viện sẵn có về thông số khí động của các cấu hình có thật, thu được từ các phương pháp thực nghiệm như sử dụng buồng thổi (wind tunnel) và qua đó ngoại suy ra thông số khí động của một lớp rộng rãi các cấu hình hình học khác Công việc của người dùng được gói gọn trong việc mô tả cấu hình hình học của đối tượng cần tính, nhập vào trong các input files và đọc kết quả xuất ra trong các output files Các công thức lý thuyết khí động học sẽ được đề cập đến cụ thể hơn ở phần sau
Về mặt hình thức, Missile Datcom bao gồm phần source codes chứa các công thức
lý thuyết khí động học, phần library chứa các thông số thực nghiệm Chương trình được viết trên ngôn ngữ FORTRAN, và có thể biên dịch bởi FORTRAN 77 cũng như Fortran 90
và các phiên bản về sau
Trang 37Chương 3 Giới thiệu về công cụ tính toán
3.1.2 Tính năng
3.1.2.1 Khí động lực học
Missile Datcom cho phép tính toán các đặc tính khí động của các thiết kế cho tên lửa thông thường Các đặc tính này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm dạng hình học bên ngoài của tên lửa, hệ thống hút gió cho động cơ và điều kiện bay Tất cả chúng được khai báo trong các input files, mà quan trọng nhất là for005.dat
Chương trình sẽ tính toán các thông số khí động dưới đây, trong hệ tọa độ liên kết (body axis system):
𝐶𝑁 Hệ số lực pháp tuyến (Normal Force Coefficient)
𝐶𝐿 Hệ số lực nâng (Lift Coefficient)
𝐶𝑚 Hệ số mômen pitch (Pitching Moment Coefficient)
𝑥𝑐𝑝 Tọa độ tâm áp (Center of Pressure)
𝐶𝐴 Hệ số lực dọc trục (Axial Force Coefficient)
𝐶𝐷 Hệ số lực cản (Drag Coefficient)
𝐶𝑌 Hệ số lực dạt sườn (Side Force Coefficient)
𝐶𝑛 Hệ số mômen yaw (Yawing Moment Coefficient) (body axis)
𝐶𝑙 Hệ số mômen roll (Rollng Moment Coefficient) (body axis)
𝐶𝑁𝛼 Hệ số đạo hàm lực pháp tuyến theo góc tấn
𝐶𝑚𝛼 Hệ số đạo hàm mômen pitch theo góc tấn
𝐶𝑌𝛽 Hệ số đạo hàm lực dạt sườn theo góc trượt cạnh
𝐶𝑛𝛽 Hệ số đạo hàm mômen yaw theo góc trượt cạnh
𝐶𝑙𝛽 Hệ số đạo hàm mômen roll theo góc trượt cạnh
Thêm vào đó, chương trình cũng tính được các thông số dưới đây, tuy nhiên chỉ đối với riêng phần thân tên lửa:
Trang 38𝐶𝑚𝑞 Hệ số đạo hàm mômen pitch theo vận tốc góc pitch (pitch rate)
𝐶𝑁𝑞 Hệ số đạo hàm lực pháp tuyến theo vận tốc góc pitch
𝐶𝐴𝑞 Hệ số đạo hàm lực dọc trục theo vận tốc góc pitch
𝐶𝑚𝛼̇ Hệ số đạo hàm mômen pitch theo sự thay đổi góc tấn
𝐶𝑁𝛼̇ Đạo hàm hế số lực pháp tuyến theo sự thay đổi góc tấn
𝐶𝑙𝑝 Hệ số đạo hàm mômen roll theo vận tốc góc roll (roll rate)
𝐶𝑛𝑝 Hệ số đạo hàm mômen yaw theo vận tốc góc roll
𝐶𝑌𝑝 Hệ số đạo hàm lực dạt sườn theo vận tốc góc roll
𝐶𝑙𝑟 Hệ số đạo hàm mômen roll theo vận tốc góc yaw (yaw rate)
𝐶𝑛𝑟 Hệ số đạo hàm mômen yaw theo vận tốc góc yaw
𝐶𝑌𝑟 Hệ số đạo hàm lực dạt sườn theo vận tốc góc yaw
Cần chú ý rằng lực cản (drag force) và tương ứng là hệ số lực cản (drag coefficient)
có giá trị khác nhau trong hệ tọa độ ổn định (stability axes) và hệ tọa độ gió (wind axis) trong trường hợp có góc trượt cạnh (sideslip angle (𝛽)) Tuy nhiên khi góc trượt cạnh bằng không thì chúng bằng nhau Trong Missile Datcom lực cản được tính trong hệ tọa độ ổn định và lực dọc trục tính trong hệ trục liên kết (body axis) Các đạo hàm (derivative) có thể tính theo độ hoặc radian
Chương trình cũng có khả năng tính toán các trạng thái trim tĩnh của cấu hình, với các góc lệch cánh lái biến đổi được Vì thế output tương ứng cũng sẽ có hai dạng: untrimmed data (các hệ số lực và mômen khí động ứng với trạng thái bay và góc lệch cánh lái bất kỳ đặt trước), và trimmed data (các hệ số lực và mômen khí động và góc lệch cánh lái ứng với trạng thái trim)
3.1.2.2 Các file đầu vào
Có 4 input files, tất cả được liệt kê trong bảng dưới đây
Trang 39Chương 3 Giới thiệu về công cụ tính toán
Bảng 2 Input file của Missile Datcom
2 for002.dat
Namelits cho các "case" đầu vào được đọc từ unit 8 và lưu vào unit 2 bằng hàm READIN Namelists cho các "case" được đọc từ unit 2
3 for003.dat
File lưu các dữ liệu khí động, được lưu theo yêu cầu của người dùng (sử dụng card PLOT) bởi các hàm PLOT3, PLTTRM, hay PLTUT9
4 for004.dat Khối dữ liệu chung, được lưu theo yêu cầu của người dùng (sử
dụng card WRITE) vào unit 4 bằng hàm SAVEF
5 for005.dat Dữ liệu đầu vào của người dùng được đọc từ unit 5 bằng hàm
CONERR
Trong số đó, file for005.dat chứa nội dung của tất cả các file còn lại, và là bắt buộc Nội dung for005.dat sẽ bao gồm toàn bộ thông tin về trạng thái bay, cấu hình hình học của tên lửa, các thao tác cần tính toán và cách xuất ra kết quả
3.1.2.3 Các file đầu ra
Có 7 output files, tất cả được liệt kê trong bảng dưới đây
Bảng 3 Các output file của Missile Datcom
6 for006.dat File đầu ra của chương trình, đuợc lưu vào unit 6
7 for007.dat Các card FORMAT và WRITE được lưu vào unit 7 bằng hàm
CONTRL và đọc bằng hàm SAVEF
8 for008.dat Các card đầu vào từ người dùng được đọc từ unit 5 và lưu vào
unit 8 bằng hàm CONERR sau khi đã kiểm tra lỗi
9 for009.dat
Dữ liệu hình học của thân, được lưu theo yêu cầu của người dùng (sử dụng card PRINT GEOM BODY) vào unit 9 bởi các hàm SOSE, VANDYK, hay HYPERS
Trang 4011 for011.dat
Dự liệu về hệ số áp suất của cánh, được lưu theo yêu cầu của người dùng (sử dụng card PRESSURES) vào unit 11 bởi hàm FCAWPF
12 for012.dat
Dữ liệu về hệ số áp suất của thân và số Mach cục bộ khi góc tấn bằng không, được lưu theo yêu cầu của người dùng (sử dụng card PRESSURES) vào unit 12 từ hàm SOSE
Trong số đó, file for006.dat chứa nội dung của tất cả các file còn lại, và sẽ được xuất
ra bởi chương trình trong mọi trường hợp Thực tế ta chỉ nên quan tâm đến file này Nội dung for006.dat sẽ bao gồm toàn bộ dữ liệu được chương trình tính toán ra Quy cách xuất file được quy định bởi chương trình, đầy đủ và chi tiết để giúp người dùng dễ dàng hiểu được nhiệm vụ chương trình phải thực hiện và các kết quả của nó
3.1.3 Vận hành chương trình
Missile Datcom được chạy ở batch mode Mã nguồn (source code) được biên dịch (compile) bằng trình biên dịch (compiler) trên hệ điều hành (operating system) tương ứng (ví dụ như Simply Fortran 2 trên Windows) File object (.o) được kết nối với thư viện (library) bởi linker và thu được file thực thi (executable, trên Windows là file exe)
Mỗi lần chạy chương trình, người sử dụng soạn trước input file (bằng Notepad++ hoặc bất kỳ trình soạn thảo nào) và đổi tên là for005.dat Format của input file phải tuân thủ các quy định nghiêm ngặt sẽ được nêu ở dưới Chương trình được chạy và tạo ra output file for006.dat Format của output file cũng sẽ được mô tả cụ thể dưới đây
3.1.4 Nhập file đầu vào
3.1.4.1 Cấu trúc chung của file và case
Cấu trúc file đầu vào for005.dat được chia thành các case Mỗi case là một bài test hoàn toàn độc lập với nhau, bao gồm dạng hình học, điều kiện bay, cách xuất ouptut Các case được phân tách với nhau bởi từ khóa NEXT CASE
Từ khóa CASEID được dùng để khai báo tên case (là một chuỗi ký tự bao gồm cả dấu cách và nằm trên cùng một dòng) và phân biệt các case với nhau Trong thực tiễn, nếu