Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống máy bắn pháo hoa tự động

CHƯƠNG I CÁC VẤN ĐỀ TỔNG QUAN 1.1 Tổng qu n ng ên cứu 1.1.1 Các phương pháp bắn pháo hoa hiện có Hiện nay, trong nước nói riêng, trên thế giới nói chung, việc bắn pháo hoa là tương đối

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

ĐẶNG HỮU PHƯỚC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG

MÁY BẮN PHÁO HOA TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ Khí

Mã số: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, 2017

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS-TS Phạm Huy Hoàng

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS-TS Đặng Thiện Ngôn

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS-TS Bùi Trọng Hiếu

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM

Ngày 06 tháng 01 năm 201 7

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS-TS Nguyễn Hữu Lộc

2 PGS-TS Đặng Thiện Ngôn

3 PGS-TS Bùi Trọng Hiếu

4 PGS-TS Lưu Thanh Tùng

5 TS Trương Quốc Thanh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

PGS-TS Nguyễn Hữu Lộc PGS-TS Nguyễn Hữu Lộc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Đặng Hữu Phước MSHV: 1570308

Ngày, tháng, năm sinh: 31/03/1987 Nơi sinh: Di Linh, Lâm Đồng

Chuyên ngành: Kĩ thuật cơ khí Mã số: 60.52.01.03

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống máy bắn pháo hoa tự động

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1.Thiết lập bài toán: Thuật phóng trong phục vụ thiết kế hệ thống (mô hình, phươngtrình toán);

2 Giải các bài toán ở trường hợp tổng quát, khảo sát tìm mô hình cho giải pháp và sốliệu đầu vào hợp lý giải quyết được yêu cầu kỹ thuật đặt ra;

3 Chế thử sản phẩm, thử nghiệm sản phẩm đảm bảo tính năng và khả năng hoạt động

tự động của hệ thống

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/12/2016

Lĩnh vực nghiên cứu vũ khí mang tính chất rất đặt thù và đòi hỏi nhiều nguyên tắc chuyên ngành rất chặt chẽ Khi thực hiện luận văn này, bản thân học viên thực hiện còn rất ít kinh nghiệm nghiên cứu cũng như kinh nghiệm thực tế để có thể giải quyết triệt để vấn đề khoa học đặt ra

Chính vì thế, khi thực hiện luận văn này, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân học viên thực hiện còn có sự giúp đỡ rất nhiệt tình của rất nhiều cá nhân và đơn vị Em xin

gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Phạm Huy Hoàng, Khoa

Cơ Khí-Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh và các chuyên gia của Viện Vũ Khí - Tổng Cục CNQP

Chính nhờ những sự trợ giúp quý báu đó, mà bản thân học viên có thêm kiến thức chuyên ngành, sự tự tin để hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất và ngày càng vững vàng trong công việc chuyên môn

Ngày 14 tháng 12 năm 2016 Học viên thực hiện

Đặng Hữu Phước

Việc tổ chức bắn chủ yếu ở 03 phương pháp: bắn pháo hoa tầm thấp tự động điều khiển bằng hỏa thuật; bắn pháo hoa tầm cao điều khiển bằng tay và bắn pháo hoa tầm cao tự động điều khiển theo lập trình Các phương pháp này vẫn còn tồn tại một số khó khăn chung như: Trận địa bố trí lớn do nòng chỉ bắn một viên đạn; nhân công và thời gian cho cuộc bắn nhiều, chi phí lớn

Điều này đặt ra sự cần thiết cho việc phát triển thêm một phương pháp bắn khác, khắc phục phần nào các vần đề tồn tại nêu trên Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo

hệ thống bắn pháo hoa tự động” ra đời là nhằm mục đích như thế

Luận văn này xây dựng nguyên lý hoạt động và chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống nhằm định hướng cho công tác thiết kế Chế tạo và thử nghiệm mô hình thực nghiệm tỉ

lệ 1:2 nhằm đánh giá tính đúng đắn của việc lựa chọn nguyên lý của hệ thống

MASTER'S THESIS ABSTRACT

The firework shows are mostly launched in three ways: low-attitude automatic firing system by pyrotechnic, high-attitude manual firing system and high-attitude automatic firing system by programmable devices In those methods, there are some difficulties: setting place is large because each gun barrel fire one firework; many people, much time and high cost for a firework show…

These problems establish the necessary for producing a different firing method

that will deal with them Project “Research, design and produce Automatic Reload

Firing System” was implemented for fitting with that purpose

This thesis was build operating principle and technical targets of the system for design orientation Produce and experiment model is design with scale 1:2 to verify the correct result of calculations, designs and production of the system

Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, là của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

Tác giả

Đặng Hữu Phước

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG I: CÁC VẤN ĐỀ TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan nghiên cứu 3

1.2 Tính cần thiết, phạm vi và đối tượng nghiên cứu 9

1.3 Ý nghĩa khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn 10

CHƯƠNG II:NGHIÊN CỨU NHỮNG NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG PHÓNG 11 2.1 Lựa chọn nguyên lý chung cho thiết kế hệ thống: 11

2.2 Bài toán thuật phóng trong phục vụ thiết kế hệ thống: 30

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT HỆ THỐNG 44

3.1 Tính toán hộp tiếp đạn 44

3.2 Tính toán thiết kế khối nòng các chi tiết bổ trợ của khối nòng và cơ cấu tiếp đạn 48 3.3 Tính toán thiết kế băng chuyền nạp đạn 61

3.4 Tính toán bệ tỳ 74

3.5 Tính toán hệ thống điều khiển 76

3.6 Tính toán các yếu tố ảnh hưởng đến độ an toàn cho hệ thống và người sử dụng 92

CHƯƠNG IV:SẢN PHẨM VÀ THỬ NGHIỆM 97

4.1 Kết quả tính toán thiết kế 97

4.2 Mô hình thực nghiệm tỉ lệ 1:2 97

CHƯƠNG V:KẾT LUẬN 106

T u t ả 108

P ụ ục 109

MỞ ĐẦU

Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và cả nước nói chung, bắn pháo hoa vào các dịp lễ lớn là thường xuyên và phổ biến, trở thành món ăn tinh thần độc đáo cho quần chúng nhân dân Việc tổ chức bắn chủ yếu ở 03 phương pháp: bắn pháo hoa tầm thấp

tự động điều khiển bằng hỏa thuật; bắn pháo hoa tầm cao điều khiển bằng tay và bắn pháo hoa tầm cao tự động điều khiển theo lập trình Các phương pháp đều cho độ tin cậy khi bắn chỉ có khó khăn ở khâu triển khai và thu dọn ngoài thao trường; đòi hỏi nhiều nhân công và trong điều kiện không thuận lợi.Điều này đặt ra sự cần thiết cho việc phát triển một loại thiết bị giải quyết các vần đề tồn tại nêu trên: thao tác chuẩn bị sẵn sàng ở nơi tập kết, cơ động triển khai sử dụng nhanh chóng, hiệu quả, an toàn và thu dọn xử lý nhanh sau khi bắn

Sau khi nghiên cứu máy tự động của các loại vũ khí, đặc biệt là đối với các loại

vũ khí cần có tốc độ bắn cao Điển hình cho các loại vũ khí này là Mini gun, pháo Vulcan v.v Máy tự động của chúng có khối quay nhiều nòng và nhiều buồng đạn, nạp đạn tự động bằng cơ cấu cam thùng Từ mô hình hoạt động của các hệ thống máy tự động của chúng ta có thể áp dụng vào các hệ thống tương tự; mà ở đây luận văn chọn ứng dụng vào xây dựng hệ thống bắn phao hoa tự động nạp đạn bằng cơ cấu cam

thùng Đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống máy bắn phao hoa tự động” ra đời

là nhằm mục đích như thế

Luận văn này hoàn thành, ngoài sự nỗ lực của bản thân học viên thực hiện còn có

sự giúp đỡ rất nhiệt tình của rất nhiều cá nhân và đơn vị Em xin gửi lời cảm ơn chân

thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Phạm Huy Hoàng, Khoa Cơ Khí-Đại học

Bách khoa Tp Hồ Chí Minh và các chuyên gia của Viện Vũ Khí - Tổng Cục CNQP

Mọi đóng góp về các vấn đề liên quan đến luận văn xin gửi về <Đặng Hữu P ƣớc -

Viện Vũ Khí, 18A Cộng Hoà, Phường 12, Q Tân Bình, Tp Hồ Chí Minh >

Tp Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2016

CHƯƠNG I CÁC VẤN ĐỀ TỔNG QUAN 1.1 Tổng qu n ng ên cứu

1.1.1 Các phương pháp bắn pháo hoa hiện có

Hiện nay, trong nước nói riêng, trên thế giới nói chung, việc bắn pháo hoa là tương đối phổ biến, tuy nhiên trong yếu tố phát triển của nó, người ta chủ yếu hướng vào phát triển kết cấu hỏa thuật của viên đạn cũng như kịch bản bắn hoa theo chương trình nhất định để đem lại hiệu ứng phong phú khác nhau tốt nhất :

- Có nhiều loại đạn có kết cấu hỏa thuật rất đặc sắc;

- Khả năng bố trí hệ thống bắn pháo hoa linh hoạt ở nhiều vị trí khác nhau (trên nền đất, dưới sông biển, trên các tòa nhà, tòa tháp) với nhiều góc độ bắn khác nhau ;

- Khả năng tự động ở trình độ cao kết hợp với nền nhạc, âm thanh

Phương pháp bắn pháo hoa vẫn duy trì ở các loại hình cơ bản như sau::

a) Bắn pháo hoa tự động bằng hỏa thuật (pháo hoa tầm thấp)

Đây là phương pháp bắn truyền thống, đạn được lắp sẵn vào từng ống phóng, các ống phóng được xếp với nhau trong cùng một hộp (thông thường mỗi hộp có 25 ống phóng), mỗi trận địa bắn có số lượng hộp khác nhau tùy vào số lượng đạn cần bắn Có các dây cháy nhanh và đoạn cháy chậm để liên kết giữa các ống phóng với nhau trong cùng một hộp và liên kết giữa các hộp với nhau trong một trận địa

Hình 1 1: Sơ đồ bố trí các ống phóng và mạch nổ trong một hộp pháo hoa tầm thấp

Một khi ngòi châm cháy của ống đầu tiên được châm lửa (bắt đầu khi bắn) làm

đạn được phóng đi, theo tuần tự đạn trong các ống tiếp theo sẽ được được phóng đi,

tiếp đó là đến đạn trong các ống phóng của các hộp tiếp theo cũng làm việc Thời gian làm việc của cả hệ thống phụ thuộc vào thời gian cháy của các dây cháy nhanh và cháy chậm liên kết giữa các ống phóng và các hộp

Việc tổ chức bắn pháo hoa tầm thấp phải theo quy trình và quy định của nhà sản xuất để mạch bắn được tự động theo một kịch bản chương trình và thời gian đặt ra

Ưu điểm:

- Độ tin cậy cao ;

- Dễ thao tác và triển khai ;

- Theo một quy trình khuôn mẫu có sẵn

Nhược điểm :

- Không gian lắp đặt cho trận địa lớn ;

- Việc liên kết các dây cháy nhanh và cháy chậm giữa các hộp phải hết sức tỉ

mỉ ;

Tất cả các thao tác phải theo đúng kịch bản chương trình và quy định của nhà sản xuất

b) Bắn pháo hoa tầ c đ ều khiển bằng tay

Việc triển khai lắp đặt hệ thống tương tự như viêc triển khai bắn pháo hoa tầm thấp Tuy nhiên, đạn pháo hoa tầm cao được kích hoạt phóng lên trời bằng kích hoạt điện (mồi lửa điện), các mồi lửa điện được đấu vào các thanh cực trung gian, sau đó được đấu đến các bộ điều khiển để được điều khiển bằng tay thông qua các nút bấm

Hình 1 2: Sơ đồ điều khiển bắn pháo hoa tầm cao bằng tay

Hộp chứa các ống phóng

Bộ nguồn

Hộp đấu dây mồi

Bảng điều khiển

Hình 1.3: Phương pháp bắn pháo hoa tầm cao điều khiển bằng tay

Kịch bản chương trình và thời gian bắn do nhà sản xuất quy định, nhưng chủ yếu cũng phụ thuộc lớn vào khâu tổ chức lắp đặt và người điều khiển

Ưu điểm:

- Độ tin cậy cao;

- Dễ thao tác và triển khai;

- Linh hoạt điều khiển

Nhược điểm :

- Không gian lắp đặt cho trận địa lớn;

- Chi phí cho mỗi cuộc bắn cao : vật tư, cần vụ bắn, vận chuyển, thu dọn;

c) Bắn pháo hoa tầm cao tự động đ ều khiển theo lập trình

Việc triển khai lắp đặt hệ thống ống phóng tương tự như viêc triển khai bắn pháo hoa tầm cao điều khiển bằng tay, tuy nhiên các mồi lửa điện để kích hoạt bắn đạn lên trời được đấu qua các hộp trung gian đến bộ điều khiển trung tâm rồi đến máy tính

Hệ thống bắn được tự động thông qua kịch bản được thiết lập bởi chương trình điều khiển trên máy tính

Các hộp chứa các ống phóng

Bộ nguồn

Các hộp đấu dây mồi

Hộp trung gian

Hộp điều khiển trung tâm Máy

tính

Hình 1.4 Sơ đồ bắn pháo hoa tự động bằng điều khiển điện

Hình 1.5: Phương pháp bắn pháo hoa tầm cao tự động điều khiển theo lập trình

Ưu điểm :

- Tự động theo một chương trình máy tính, không bị ảnh hưởng bởi yếu tố con người ;

Nhược điểm :

- Không gian lắp đặt cho trận địa lớn;

- Chi phí cho mỗi cuộc bắn cao: vật tư, cần vụ bắn, vận chuyển, thu dọn;

Hiện nay một số đơn vị trong nước bước đầu ứng dụng phương pháp này do các đơn vị trong nước sản xuất, tuy nhiên chúng vẫn bộc lộ nhược điểm lớn là độ tin cậy

chưa cao, triển khai hệ thống còn cồng kềnh

Bảng 1.1: So sánh tính năng các phương pháp bắn pháo hoa hiện có

Chỉ tiêu

Tự động đ ều khiển bằng hỏa thuật

Đ ều khiển bằng tay

Tự động đ ều khiển theo lập trình

Chỉ tiêu

Tự động đ ều khiển bằng hỏa thuật

Đ ều khiển bằng tay

Tự động đ ều khiển theo lập trình

Chi phí (không tính đạn)

1.1.2 Tự động bắn và nạp đạn trong các loại vũ khí

Đối với các hệ vũ khí bắn tự động, năng lượng phục vụ cho việc bắn và nạp đạn chủ yếu nhờ vào năng lượng khí thuốc bản thân của viên đạn khi bắn hoặc nguồn năng lượng điện từ bên ngoài cung cấp

- Nguồn năng lượng từ khí thuốc: tận dụng khí thuốc sinh ra từ bản thân phát bắn, người ta đã tạo ra nhiều kiểu máy tự động giúp cho vũ khí được bắn tự động như : + Máy tự động làm việc theo nguyên lý nòng lùi;

+ Máy tự động làm việc theo nguyên lý khóa nòng lùi;

+ Máy tự động làm việc theo nguyên lý trích khí

- Nguồn năng lượng từ bên ngoài: Đối với các loại vũ khí cần có tốc độ bắn cao, người ta làm vũ khí có nhiều nòng và năng lượng để cung cấp cho máy tự động làm việc không phải bằng khí thuốc cháy mà bằng năng lượng cung cấp từ bên ngoài

Hình 1.6: Máy tự động của súng Minigun

a Mặt cắt b Khối nòng và dẫn động

Điển hình cho các loại vũ khí này là Mini gun, pháo Vulcan v.v Máy tự động của chúng có khối quay nhiều nòng và nhiều buồng đạn, chế độ làm việc tự động nhờ động cơ điện Khối nòng có các nòng được ghép dạng lồng tròn, ứng với mỗi nòng là một khóa nòng trượt dọc và cùng quay với nòng

Ưu điểm lớn nhất của hệ vũ khí này là tốc độ bắn cao, việc tiếp đạn nhờ vào năng lượng bên ngoài nên khắc phục được sự cố đạn tịt, đạn không nổ máy tự động vẫn làm việc bình thường

Bên cạnh đó, một dạng vũ khí mà đề tài quan tâm là vũ khí bắn tự động chỉ với một nòng nhưng nhiều buồng đạn, các buồng đạn được lắp trên ổ quay (súng ổ quay) Với loại vũ khí này, máy tự động cùng lúc thực hiện nhiều thao tác khác nhau : tiếp đạn, rút vỏ đạn…vì vậy mà tốc độ bắn của vũ khí cũng đảm bảo cao

1.2 Tín cần t ết, p ạ v v đố tƣợng ng ên cứu

1.2.1 Tính cần thiết

Hằng năm, thành phố Hồ Chí Minh tổ chức bắn nhiều đợt bắn pháo hoa chào mừng các dịp lễ lớn như: Tết cổ truyền; năm mới dương lịch; giải phóng miền Nam thống nhất đất nước…trong mỗi dịp lễ lớn như thế thường tổ chức hơn 04 cuộc bắn pháo hoa tầm cao tại các điểm bắn đặc biệt Các điểm bắn này có số lượng phát bắn nhiều hơn, tầm bắn cao hơn và các hiệu ứng hỏa thuật của các viên đạn cũng đặc sắc hơn, tạo cảm giác thích thú phấn khởi cho nhân dân Tuy nhiên, công tác tổ chức bắn

và thu dọn sau khi bắn cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn lớn cần nghiên cứu giải quyết như:

- Số lượng nhân công tham gia chuẩn bị bố trí súng, đạn cho bắn và tham gia thu dọn lớn;

- Thời gian cho chuẩn bị trước khi bắn và sau khi bắn là nhiều, trong đó chủ yếu

là thời gian chuẩn bị tại thực địa (chịu nắng, mưa…), điều này quan trọng hơn khi thời gian vào các dịp lễ tết cổ truyền dân tộc;

- Trận địa bố trí súng đạn lớn vì mỗi súng chỉ bắn được một nòng Ở thành phố đông dân như thành phố, việc tìm các địa điểm bắn đáp ứng cho trận địa bắn cũng gặp nhiều khó khăn;

- Chi phí cho mỗi trận địa bắn cũng được tăng lên theo các tồn tại nêu trên

1.2.2 P ạ vị ng ên cứu

Đề tài hướng đến nghiên cứu việc tự động bắn nạp đạn cho pháo hoa tầm cao, vì pháo hoa tầm cao thường được nhà cung cấp đảm bảo cho từng quả đạn riên biệt, còn pháo hoa tầm thấp thường được nhà cung cấp đảm bảo đồng bộ cả súng, đạn và có tích hợp cả hệ thống điều khiển tự động bằng hỏa thuật

Trong trận địa bắn pháo hoa tầm cao, sẽ có nhiều cỡ đạn bắn khác nhau (Bảng 1.2), do chỉ là bước nghiên cứu đầu tiên, luận văn hướng đến nghiên cứu xây dựng thiết bị bắn cho đạn số 5, đây cũng là loại đạn được sử dụng nhiều nhất trong một trận địa Trận địa bắn pháo hoa tổng thể dựa trên sự kết hợp nhiều hệ thống với nhau

1.3 Ý nghĩa khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu một thiết bị bắn pháo hoa tự động nạp đạn, đây là một dạng sản phẩm mới, ứng dụng tự động hóa, điều này phù hợp với định hướng phát triển tự động hóa của chủ trương nhà nước trong phục vụ quốc phòng và dân sinh Và qua đó cũng góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu chuyên môn của đội ngũ cán bộ khoa học thuộc lĩnh vực này

1.3.2 Khả năng ứng dụng thực tiễn

Nếu sản phẩm của đề tài nghiên cứu được thành công, sẽ tạo ra một thiết bị mới,

có thể hình thành một phương pháp bắn pháo hoa tự động mới có các ưu điểm riêng biệt, giúp các nhà tổ chức bắn pháo hoa có thêm sự lựa chọn trong việc tổ chức bắn pháo hoa phù hợp với những điều kiện tổ chức bắn cụ thể

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU NHỮNG NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG PHÓNG 2.1 Lự c ọn nguyên ý c ung c t ết ế t ống:

Như chúng ta đã biết có rất nhiều nguyên lý để có thể thực hiện tốt việc thiết kế

hệ thống pháo hoa tự động nạp đạn Và cho dù nguyên lý nào đi nữa thì vẫn phải đảm bảo tốt có một buồng đốt kín, đủ bền, một đoạn nòng đủ dài để gia tốc cho đạn trước khi rời mục tiêu

Để đảm bảo các thông số kỹ thuật của quả đạn pháo hoa khi rời nòng khi bắn bằng hệ thống tự động giống như khi bắn bằng hệ thống cổ điển Ta cần có bước khảo sát hệ thống hiện có để chọn ra phương án thiết kế hợp lý nhất

2.1.1 Kết quả ả sát p át bắn đạn p á số 5

Để phục vụ cho công tác nghiên cứu, chúng tôi tiến hành phân tích, đo đạc phát bắn đạn pháo hoa số 5 (đối tượng nghiên cứu) hiện có tại Bộ tư lệnh TP Hồ Chí Minh, kết quả như sau:

- Điện điểm hỏa Dòng 1 chiều

1A/xoay chiều

Hình 2.1 Giá nòng pháo hoa số 5

Ngoài ra, nhằm phục vụ tốt cho công tác nghiên cứu, đối chứng kiểm tra làm tăng tính khoa học, kinh tế của hệ thống, chúng tôi cũng quan tâm thêm các yếu tố khác khi bắn trận địa pháo hoa tầm cao:

Bảng 2.2 Thực tiễn bắn pháo hoa tầm cao tại TP Hồ Chí Minh

Tỉ lệ trận địa bắn pháo hoa tầm cao

trong tổng các trận địa bắn

Bắn 7 điểm thì có 5 điểm tầm cao

Số lượng đạn (ống phóng) trong một

trận địa (ước tính trung bình)

Trong 5 điểm tầm cao: 1 điểm chính khoảng

1800 quả, các điểm còn lại 800 quả mỗi điểm Diện tích triển khai cho một trận địa Khoảng 100m x 50m

Thời gian triển khai một trận địa 24 giờ, cần 1 ngày để bố trí trận địa pháo (ống

Tỉ lệ đạn tịt trong một trận địa Khoảng 5 đến 10 quả

Thời gian thu dọn, bảo dưỡng sau

khi bắn

Thu dọn sau khi bắn khoảng 2 đến 3 giờ (bốc xếp lên xe), sau khi về đơn vị bốc xếp xuống cho từng điểm bắn (thường đến sáng mới xong) cho nên rất vất vả

Chi phí trung bình cho một cuộc bắn

(ngoài chi phí đạn và súng, bộ điểm

hỏa)

Khoảng 900 triệu đồng (năm 2013)

Các tài liệu kỹ thuật được nghiên cứu, phân tích kèm theo :

- Tài liệu hướng dẫn kỹ thuật bắn pháo hoa tầm thấp do Tổng cục Công nghiệp quốc phòng năm 2004

- Tài liệu hướng dẫn kỹ thuật bắn pháo hoa tầm cao do Tổng cục Công nghiệp quốc phòng năm 2000

2.1.2 Xây dựng nguyên ý ạt động v c ỉ t êu ỹ t uật c ung củ t ống p á

tự động nạp đạn

2.1.2.1 Yêu cầu chung của hệ thống trước khi nghiên cứu thiết kế

Với mục tiêu thay hệ thống bắn pháo hoa tầm cao điều khiển bằng tay, hệ thống bắn pháo hoa tự động nạp đạn nghiên cứu cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Tinh gọn dễ cơ động: Hệ thống tinh gọn giúp giảm được diện tích đặt hệ thống tại trận địa bắn, đồng thời hệ thống làm việc như một cỗ máy nên phải có tính cơ động cao giúp triển khai nhanh chóng, thuận tiện ở các vị trí địa hình khác nhau ;

- Đảm bảo hoạt động tin cậy: Các bộ phận làm việc nhịp nhàng, không có hiện tượng hóc tắc xảy ra, trường hợp có viên đạn tịt thì hệ thống vẫn làm việc bình thường ;

- An toàn cao: hệ thống vận hành như một pháo bắn tự động, do vậy đảm bảo hệ thống được an toàn trong quá trình bắn là yêu cầu không thể thiếu ;

- Thay đổi được cấp độ điều khiển: giúp cho kịch bản bắn pháo hoa thêm phong phú, linh hoạt ;

- Khả năng tích hợp điều khiển: mỗi trận địa phải bắn khối lượng lớn đạn pháo hoa, nên cần sử dụng nhiều hệ thống, do vậy các hệ thống cần được nối kết với nhau thông qua hệ điều khiển chung, giúp quá trình bắn được linh hoạt;

- Phù hợp với tiêu chuẩn về kỹ thuật và an toàn đối với các phương pháp bắn pháo hoa trước đó, điều này đòi hỏi phải có tính kế thừa trong quá trình nghiên cứu

- Kinh tế: giá thành chế tạo các bộ phận cấu thành hệ thống phải rẻ và khi sử

dụng hệ thống thì kinh tế hơn so với sử dụng bắn pháo hoa theo phương pháp truyền thống Điều này cũng đòi hỏi tuổi thọ của hệ thống cao, hệ thống được sử dụng nhiều lần

Hình 2.2 Vỏ viên đạn

a Viên đạn được cung cấp từ nhà máy b Viên đạn được đưa vào vỏ đạn

Về cơ bản vỏ đạn có tác dụng như một vỏ liều của viên đạn pháo, việc lựa chọn kết cấu và thiết kế vỏ đạn cần đáp ứng các điều kiện sau:

- Đủ bền dưới tác dụng của áp suất khí thuốc viên đạn pháo khí bắn;

- Có vị trí tiếp điểm thuận lợi cho việc lắp dây mồi lửa điện và kích hoạt mồi lửa điện từ tiếp điểm có nguồn;

- Đảm bảo che chắn tốt để viên đạn không được long xóc, cũng như an toàn tránh

bị nổ do các tác động tàn lửa từ các phát bắn trước;

- Thuận tiện trong bảo dưỡng và sử dụng được nhiều lần, đặc biệt là phần tiếp điểm

Kết cấu sơ bộ (xem Hình 2.2)

Phần kết cấu tiếp điểm trên vỏ đạn cũng rất quan trọng, nó phải tạo điều kiện cho việc đóng điện điểm hỏa đạn pháo hoa thật sự tin cậy và thuật tiện Trong vũ khí, có nhiều loại được phát hỏa bằng điện khá tin cậy như : tên lửa trên máy bay, ngư lôi, súng và đạn chống tăng SPG9 (Hình 2.3a) Tuy nhiên, ta có thể chọn kết cấu hai cực đồng tâm đặt dưới đáy vỏ đạn và trên đầu cò súng là thuận tiện hơn cả (hình 2.3b), dựa trên nguyên tắc : phần tiếp điểm trên vỏ đạn phải đơn giản, để phần phức tạp của tiếp điển cho cò súng, vì có súng chỉ có 01 trong khi phải bắn rất nhiều đạn

Hình 2 3 Kết cấu tiếp điện điện

a Tiếp điện trên đạn PG9 b Kết cấu tiếp điện trên đạn pháo hoa

b) Hộp tiếp đạn

Hộp tiếp đạn là nơi chứa các ống chứa viên đạn, thực hiện nạp cho băng chuyền

để chuyển đạn đến bàn tiếp đạn, nghiên cứu kết cấu hộp tiếp đạn sao cho đảm bảo một

số yêu cầu sau:

- Khả năng tiếp đạn cho băng chuyền tin cậy và an toàn;

- Đáp ứng được số lượng đạn theo yêu cầu (tối thiểu 50 viên);

- Đảm bảo phân loại được thứ tự các viên đạn bắn theo kịch bản

Trên cơ sở các yêu cầu trên, việc lựa chọn kết cấu Hộp tiếp đạn phụ thuộc rất lớn vào kết cấu của vỏ đạn và kết cấu chung của hệ thống, chúng tôi đặt ra hai hướng tiếp cận:

- Xem hộp tiếp đạn như hộp tiếp đạn của các loại vũ khí: Có nhiều hộp tiếp đạn chứa lượng lớn các viên đạn (massive magazine) với kết cấu băng thẳng hoặc băng tròn, lực tiếp đạn chủ yếu là lực lò xo hoặc dùng mắc băng

Hình 2.4 Một số hộp tiếp đạn chứa khối lượng lớn đạn

a Hộp tiếp đạn dùng lực tiếp bằng lò xo b Cơ cấu tiếp đạn dùng lực kéo là mắc

Đối với hộp tiếp đạn dùng lực tiếp đạn là mắc băng (Hình 2.4b) : với kích thước

vỏ đạn lớn, mắc băng sẽ cồng kềnh, gây khó khăn lớn trong việc sử dụng và bảo dưỡng

- Xem hộp tiếp đạn như cơ cấu cấp phôi liệu (dạng trụ ngắn, xem Hình 2.4) trong các dây truyền tự động: Có rất nhiều kết cấu cấp phôi tự động khác nhau, năng lượng cấp phôi chủ yếu do động cơ điện tạo ra Trong đó, cơ cấu cấp phôi dạng dao động kết hợp với các ngoại lực cưỡng bức được áp dụng phổ biến

Hình 2.5 Một số cơ cấu cấp phôi liệu tự động

Qua phân tích tổng hợp nhiều yếu tố, chọn kết cấu hộp tiếp đạn dựa trên nguyên tắc đạn chuyển động nhờ năng lượng bên ngoài kết hợp dẫn hướng, cụ thể gồm các bộ phận cơ bản (Hình 2.6) :

+ Bàn xoay cùng động cơ để tạo lực tiếp đạn;

+ Dây lò xo xoắn giúp dẫn hướng và phân loại các viên đạn ;

+ Khung ngoài giúp bảo vệ và che chắn vỏ đạn

Hình 2.6 Sơ bộ kết cấu hộp tiếp đạn

d) Cơ cấu nòng/khối nòng

Đây là bộ phận quan trọng của hệ thống, khối nòng cùng với cơ cấu nạp đạn hoạt động nhịp nhàng, tạo thành một máy tự động Cơ sở yêu cầu cần đáp ứng để xây dựng

và chọn lựa kết cấu của khối nòng:

- Kích thước và khối lượng viên đạn pháo hoa;

- Thời gian cần thiết để phát hỏa mồi lửa điện và thời gian đạn bay ra khỏi nòng;

- Công suất bắn;

- Năng lượng để máy tự động làm việc;

- Làm việc nhịp nhàng cùng cơ cấu tiếp đạn

Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu nêu trên có 2 hướng tiếp cận để lựa chọn cơ cấu nòng/khối nòng

* Dùng 01 nòng kết hợp cơ cấu nâng được điều khiển bằng piston và dẫn hướng (Hình 2.7):

Việc lựa chọn kết cấu này có một số ưu điểm như:

- Gia công đơn giản ;

- Lựa chọn các thiết bị là tương đối phổ biến trên thị trường ;

- Thực hiện các chế độ điều khiển dễ dàng

Một số nhược điểm :

- Do chỉ một nòng nên việc nạp và bắn đạn cần phải có thời gian dừng nhất định, điều này khó đáp ứng được tốc độ bắn của hệ thống, vì nếu thực hiện chu trình bắn nhanh trong khi thời gian để nòng đi hết hành trình ra khỏi viên đạn là dài, điều này làm ảnh hưởng lớn đến yếu tố an toàn cho hệ thống do yếu tố bịt kín khí thuốc không đảm bảo Đây có thể coi là nhược điểm lớn nhất;

- Hệ thống chỉ với 01 nòng trong khi thực hiện nhiều phát bắn, điều này làm hệ

số tích nhiệt nòng là cao, ảnh hưởng đến bền nòng và an toàn hệ thống

- Ngoài ra với kết cấu này cần chọn các hệ chấp hành thủy lực hoặc thủy khí sẽ

làm cho hệ thống thêm phức tạp nhiều

Hình 2.7 Kết cấu nòng với chỉ một nòng

* Dùng nhiều nòng (06 nòng)

Trong các máy tự động của các loại súng máy tự động, có sử dụng khối nòng quay (thường là 06) sử dụng năng lượng quay bằng động cơ điện nhằm đảm bảo tốc độ bắn cao đến 6000phát/phút Ngoài ra trong các hệ thống lắp ráp dây chuyền tự động

cũng sử dụng khá phổ biến khối quay nhằm đảm bảo năng suất lắp ráp cao

Hình 2 8 Kết cấu sử dụng khối quay

a Khối quay của súng michigun 7,62mm b Khối quay trong dây chuyền sx tự động

Khối nòng được lựa chọn có 6 nòng được ghép dạng lồng tròn (Hình 2.9), chúng thực hiện chuyển động quay cùng với Bánh sao trong hộp súng, đồng thời chúng cũng chuyển động tịnh tiến lên xuống nhờ có chốt xoay (cố định với nòng) xoay trong rãnh cam dẫn hướng của hộp nòng Như vậy, mỗi nòng sẽ được phát hỏa sau một lần khối nòng quay, và sau một lần khối nòng quay có 6 phát bắn, điều này giúp quá trình bắn

được diễn ra liên tục tốc độ bắn của nòng được nâng lên đáng kể

Hình 2.9 Hộp nòng bắn pháo hoa

Với việc lựa chọn này ta sẽ khắc phục được các nhược điểm của cơ cấu 01 nòng, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là việc gia công rãnh cam trên hộp nòng tương đối phức tạp, tuy nhiên với các phương pháp gia công tiên tiến hiện nay vẫn cho

ta thực hiện được việc này một cách dễ dàng Sơ đồ làm việc tuần hoàn của nòng có dạng (Hình 2.10):

Hình 2.10 Sơ đồ tuần hoàn tự động của nòng

a – Vị trí nòng tại thời điểm phát hỏa

b – Vị trí nòng tại thời điểm hất vỏ đạn

c – Vị trí nòng tại thời điểm lấy đạn từ hộp tiếp đạn

d – Vị trí nòng tại thời điểm chuẩn bị nạp đạn vào nòng

e) Cơ cấu nạp đạn

Hình 2.11 Kết cấu bàn nạp đạn

Cơ cấu nạp đạn chỉ đơn giản là bánh sao, nhận đạn từ Hộp tiếp đạn và đưa đạn vào vị trí chờ phát hỏa do nòng dịch chuyển xuống, đồng thời sẽ đưa vỏ đạn sau khi bắn về vị trí thu hồi

Khi sử dụng khối nòng có 06 nòng quay, bánh sao của cơ cấu nạp đạn sẽ có tốc

độ quay cùng với tốc độ quay của bánh sau của khối nòng

Hình 2.12 Kết cấu băng chuyền

g) Các phần tử điều khiển

* Khối điều khiển trung tâm:

Tổ đề tài xây dựng khối điều khiển trung tâm dựa trên 02 phương án

- P ƣơng án 1: Sử dụng vi điều khiển dsPIC30 để điều khiển các khối bộ phận

(Hình 2.13)

Để làm được vậy thì cần các giao tiếp giữa các khối bộ phận với khối điều khiển trung tâm Chuẩn giao tiếp công nghiệp CAN, RS232, Ethernet có thể được lựa chọn tùy vào thiết kế chi tiết

Khối điều khiển bắn sẽ luôn kiểm tra được đạn đã sẵn sàng hay chưa, và điểm hỏa ổn định, hoạt động an toàn

IC điều khiển trung tâm của khối được chọn là dsPIC30F6014A

K ố trung tâ

Truyền và nhận dữ liệu từ các khối ngoại vi Tính toán và điều khiển hệ thống điều khiển bắn Điều khiển hoạt động các khối ngoại vi

K ố t u ồ

Truyền và nhận tín hiệu

vị trí với khối trung tâm Thực hiện chương trình thu hồi đạn

Network

K ố đ ều ển bắn

Truyền và Nhận tín hiệu điều khiển từ trung tâm qua mạng CAN Thực hiện chương trình bắn

- Điều khiển trong các cẩu trục

- Điều khiển dây chuyền băng tải

- Máy chế tạo công cụ

- Máy dệt may v.v

Có các module mở rộng:

Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại:

- Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A

- Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự

- Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng lại với nhau Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8 Module mở rộng và các rack được nối với nhau bằng Module IM

- Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng Ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển PID

- Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Hình 2.14 các module mở rộng thực tế

Xét về mặt ổn định công nghệ và độ tin cậy hoạt động, phương án 2 được ưu tiên lựa chọn hơn

* Khối điều khiển hộp tiếp đạn:

Với chức năng quay đều liên tục hoặc gián đoạn, đưa đạn vào vị trí tiếp đạn vào băng chuyền nên hệ thống bao gồm: 01 mạch điều khiển, 01 động cơ DC hoặc AC, 01 driver cho động cơ, 01 encoder điều khiển vị trí động cơ, 01 cảm biến hồng ngoại hoặc cảm biến quang xác định đạn đã ở vị trí sẵn sàng vào băng chuyền.(hình 2.15÷2.17)

Hình 2.15 Động cơ DC hoặc AC kèm hộp số: Công suất đầu ra: ≥ 200W, Tỉ số truyền: lên

đến 1:1800

Hình 2.16 Encoder E6C2 – CWZ5B 100 xung đọc vị trí điều khiển động cơ

Hình 2.17 Cảm biến quang hoặc cảm biến hồng ngoại IR Detector

* Khối điều khiển băng chuyền:

Băng chuyền có nhiệm vụ tải đạn từ hộp tiếp đạn tới cơ cấu bắn trung tâm và đưa đạn đã bắn xong từ cơ cấu bắn trung tâm về hộp thu hồi Chuyển động của băng tải được chọn là đều và liên tục nhằm đảm bảo quá trình vận chuyển được liên tục Thành phần điều khiển của Băng chuyền có thể được lựa chọn, bao gồm:

- Driver động cơ nhận tín hiệu điều khiển từ trung tâm và điều khiển động cơ

- Động cơ DC hoặc AC có hộp số như trên

- Cảm biến hồng ngoại IR Detector

* Khối điều khiển cơ cấu nạp đạn và khối nòng:

Đây là khối quan trọng và phức tạp nhất trong hệ thống, đạn được lấy đều đặn từ băng chuyền đưa vào nòng súng và sẵn sàng bắn, sau khi bắn xong vỏ đạn được chuyền lại băng tải Quá trình diễn ra liên tục, đều đặn và chính xác, đòi hỏi sự chính xác trong điều khiển nên các thành phần của khối là:

- Động cơ AC servo kèm theo card điều khiển: có thể lựa chọn động cơ Motor servo Mitsubishi HC-KFS43B và card điều khiển Driver Servo Panasonic MBDDT2210

Hình 2.18 Cảm biến quang hoặc cảm biến hồng ngoại IR Detector

- Một số Card thông dụng:

Driver Servo Panasonic MBDDT2210 dành cho motor servo công suất 400W

Cung cấp nhiều tính năng điều khiển vị trí, tốc độ, moment chính xác, đáp ứng nhanh, thích hợp cho nhiều ứng dụng

Motor servo Mitsubishi HC-KFS43B

Loại: servo amplifier

Điện áp cung cấp: 1/3 pha 200-230V 50/60 Hz

Điện áp ngõ ra: 3 pha 200-230V

Công suất: 400 W

Motor: HC-MFS43, HC-KFS43

Điều khiển: Tốc độ, moment, vị trí

Phương pháp điều khiển: điều chế xung PWM, điều chỉnh dòng điện

- Ngoài ra, cần một mạch điện tử riêng để đo đạc phát hiện đạn đã ở vị trí sẵn sàng bắn Mạch gồm một bộ phát dòng nhỏ chuẩn và không thay đổi theo thời gian

Tín hiệu từ đầu đấu nối với đạn được đưa về vi xử lý để phát hiện có đạn hay chưa có đạn vào buồng bắn

- Thêm vào đó có thể có một số cảm biến để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn Như cảm biến nhiệt độ cảnh báo quá nhiệt trên nòng, cảm biến hồng ngoại cảnh báo các viên đạn đã ở đúng vị trí hay chưa

* Khối điều khiển hộp thu hồi vỏ đạn:

Với chức năng quay đều đưa vỏ đạn về hộp thu hồi một cách có trật tự, các thành phần điều khiển hộp thu hồi có phần tương tự giống như các thành phần điều khiển của hộp tiếp đạn

* Màn hình hiển thị HMI (Human Machine Interface):

Màn hình giao tiếp người dùng cho phép người dùng có thể trực tiếp theo dõi hoạt động của hệ thống, cài đặt thông số cho hệ thống… Có thể sử dụng máy tính điện

tử thực hiện chức năng này

2.1.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

* Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.19 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của hệ thống

Trên cơ sở các bộ phận cấu thành hệ thống, nguyên lý hệ thống được xây dựng như sau :

- Hộp chứa đạn chứa ít nhất 50 viên đạn, đạn luôn ở trạng thái được nạp vào cơ cấu nạp đạn thông qua băng chuyền

- Khi cơ cấu nạp đạn quay, nó nhận đạn từ băng chuyền và được quay đến vị trí phát hỏa pháo hoa, cùng lúc đó khối nòng cũng được quay cùng với tốc độ của bàn nạp đạn Tại vị trí phát hỏa, nòng được dịch chuyển xuống vị trí thấp nhất và tiếp điện được đóng, đạn pháo hoa được bắn đi

- Sau khi phát hỏa, cơ cấu nạp đạn và khối nòng tiếp tục quay, nhưng nòng theo rãnh cam sẽ dịch lên và nòng nhất ra khỏi vỏ đạn, vỏ đạn bắn xong đến vị trí băng chuyền và được đưa vào hộp thu hồi

- Các phát bắn tiếp theo cũng được thực hiện tương tự

- Quá trình bắn của hệ thống được điều khiển bởi hệ thống điều khiển

Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống

- Cấp nguồn cho bộ điều khiển

2 Khởi động: Tất cả các cơ cấu được căn chỉnh đúng vị trí

2.1.2.4 Chỉ tiêu kỹ thuật chung của hệ hống

Trên cơ sở khảo sát điều kiện bắn pháo hoa tầm cao thực tế, nguyên lý hoạt động

mà đề tài xây dựng có thể đáp ứng được, kết hợp kết quả làm việc của Nhóm nghiên cứu và đơn vị tổ chức bắn pháo hoa thực tế Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống được xây dựng như sau (xem Bảng 2.3):

Bảng 2.3 Các thông số kỹ thuật mục tiêu

Diện tích triển khai của hệ thống : Nhỏ hơn 5m2

Tốc độ bắn : 3 cấp độ

2.2 Bài toán thuật phóng trong phục vụ thiết kế h thống:

2.2.1 Bài toán thuật phóng trong:

a Mục đích

Hiện tượng bắn của vũ khí là một hiện tượng phức tạp và không kém phần nguy hiểm, nó bao gồm nhiều hiện tượng vật lý và hoá học xảy ra trong thời gian rất ngắn Bài toán thuật phóng trong là bài toán tối cần thiết trong thiết kế vũ khí nói chung và

cụ thể ở đây là hệ thống bắn pháo hoa tự động nói riêng

Mục đích của giải bài toán thuật phóng trong là để tìm ra giá trị của áp suất (p)

và quy luật của nó theo thời gian p(t) để thiết kế và kiểm bền cho nòng và toàn hệ thống Bên cạnh đó thông số vận tốc của đạn pháo hoa (v) cũng là một giá trị đáng quan tâm khi giải bài toán này để phục vụ cho bài toán Thuật phóng ngoài (bài toán đường đạn sau khi rời nòng)

b Đặc điểm thuật phóng và mô hình toán

Việc giải bài toán thuật phóng trong (TPT) là để tìm ra các qui luật biến thiên

áp suất khí thuốc trong lòng nòng và độ dịch chuyển của đầu đạn theo thời gian, cũng như áp suất khí thuốc trong buồng khí làm cơ sở cho việc giải bài toán động lực học máy tự động (MTĐ)

Quy luật cháy của thuốc phóng:

Nhà bác học người Pháp là Vi-ây đã đưa ra quy luật cháy của thuốc phóng và được thừa nhận rộng rãi và vẫn còn tính đúng đắn cho đến ngày nay đó là thuốc phóng cháy theo quy luật cháy hình học

Hình 2.21a: Quy luật cháy hình học của thuốc phóng

Xét một phần tử của thuốc phóng như ở hình 1, thuốc phóng được mồi cháy hoàn toàn trong buồng đốt

Theo quy luật cháy hình học thì: “Sau một khoảng thời gian t bất kỳ, thuốc

phóng sẽ cháy mất một lớp bề dày e như nhau ở tất cả mọi mặt”

Quy luật cháy hình học của thuốc phóng đúng trong nhữ trường hợp sau đây: +Các phần tử thuốc phóng đồng nhất về thành phần hoá học và tính chất vật lý,

có hình dạng và kích thước như nhau;

+Toàn bộ các phần tử thuốc phóng trong liều phóng được mồi cháy, bùng cháy đồng thời và tức thời

+Thuốc phóng cháy theo từng lớp song song cùng tốc độ trên tất cả các hướng vuông góc với bề mặt cháy

Phát bắn pháo hoa chỉ bao gồm 01 liều phóng (thuốc đen) và viên đạn, đạn được nạp đầu nòng, trên cơ sở đó mô hình thuật phóng của phát bắn có một số đặc điểm như sau :

1 Đạn được nạp từ đầu nòng, cỡ đạn nhỏ hơn cỡ nòng nên trong suốt quá trình xẩy ra hiện tượng bắn, một lượng khí thuốc không ngừng thoát ra ngoài thông qua khe

hở giữa đạn và thành nòng Lượng khí thuốc này được đặc trưng bởi lượng tiêu hao khí thuốc tương đối η;

2 Liều thuốc được sử dụng chỉ gồm một liều thuốc đen duy nhất (ω = ω0), có thể xem gần như là liều mồi trong các loại đạn pháo;

3 Do liều thuốc là thuốc đen, thời gian cháy nhanh nên thời điểm áp suất lớn nhất gần trùng với thời điểm thuốc phóng cháy hết, áp suất giảm mạnh, có thể xem áp suất ban đầu cũng chính là áp suất lớn nhất trong quá trình bắn P0 = Pmax

4 Do cỡ đạn nhỏ hơn cỡ nòng, nên khi tính toán thuật phóng ta lấy hệ số tính công thứ yếu υ = 1

5 Trên cơ sở đặc điểm thuật phóng nêu trên, hiện tượng bắn của nòng pháo hoa thiết kế mới được chia thành các thời kỳ như sau:

- Thời kỳ thứ 1: được tính từ lúc ban đầu áp suất P0, đạn bắt đầu chuyển động đến khi đạn ra khỏi nòng

- Thời kỳ thứ 2: là thời kỳ tác dụng sau cùng của khí thuốc

* Hệ phương trình giải bài toán thuật phóng trong của pháo hoa

Thực tế hiện tượng bắn diễn ra hết sức phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố,

để thuận tiện cho việc thiết lập và giải hệ phương trình vi phân mô tả các quá trình của hiện tượng bắn, ta cần phải chấp nhận các giả thiết sau:

Thuốc phóng cháy theo quy luật hình học

- Toàn bộ thuốc phóng cháy trong môi trường có áp suất như nhau và bằng áp suất thuật phóng p

- Thành phần sản phẩm cháy không thay đổi, các đại lượng: lực thuốc phóng (f), cộng tích khí thuốc (α) và hệ số đoạn nhiệt (θ) cũng không thay đổi

- Tại thời điểm áp suất đạt áp suất p0, đạn bắt đầu chuyển động

- Chuyển động của đạn được tính đến thời điểm nó ra khỏi nòng

Trên cơ sở các giả thiết nêu trên, chúng tôi xây dựng được hệ phương trình vi phân mô tả thuật phóng trong của súng pháo hoa như sau:

I

P dt

2 2 1

).

3 2



dt

dz z z

0

2

f

P S K dt

dv

d dt

d dt

d dt

dW

.)).(

.(

1]

)

1()

1[(

d k

dt

d dt

d

8

W dt

dW P dt

d dt

d dt

d f

dt

] ).

( ) (

g.k.21

k

2 k 1)

1 (



S = 4

d 2

f

) (

4

0 t

0

Trong đó:

-Phương trình 2.1:Thể hiện quy luật vận tốc cháy (theo quy luật cháy hình học,

tài liệu [5]) của thuốc súng; với z là bề dày cháy tương đối của thuốc súng và nó phụ thuộc vào các thông số hình học của thỏi thuốc súng lúc đầu cũng như hệ số tốc độ

cháy của thuốc súng dưới áp suất cao, Ik là xung lượng toàn phần của thuốc súng khi cháy

-Phương trình 2.2:Thể hiện quy luật của tốc độ tăng khối lượng khí thuốc súng

trong nòng Quy luật này cơ bản phụ thuộc cả vào phương trình sự cháy 2.1

-Phương trình 2.3:Thể hiện quy luật của tốc độ phụtkhí thuốc phụt qua khe hở

giữa đạn pháo hoa và thành nòng Đây là đặc điểm cơ bản của hiện tượng bắn của pháo hoa Trong quân sự nó tương tự như hiện tượng xảy ra khi bắn súng cối (cỡ đạn cối nhỏ hơn cỡ nòng)

-Phương trình 2.4:Thể hiện quy luật của gia tốc đầu đạn cơ bản theo đúng định

luật 2 Newton Với p.S=F; m là khối lượng đầu đạn,  là hệ số khối lượng ảo hay hệ

số có tính đến công thứ yếu: công làm đạn chuyển động tịnh tiến + quay + ma sát + công làm súng giật lùi + công làm thuốc súng chuyển động .m có thể coi như là khối lượng của đầu đạn được tăng nặng thêm  lần vì có các tổn thất do công thứ yếu

đó Đối với phát bắn pháo hoa =1

-Phương trình 2.5:Thể hiện quy luật của vận tốc đầu đạn theo đúng định nghĩa

cơ bản là đạo hàm theo thời gian của quãng đường đạn chạy trong nòng l

-Phương trình 2.6:Thể hiện quy luật của tốc độ tăng thể tích buồng đốt Nó phụ

thuộc vào vận tốc (2.5) và gia tốc của đầu đạn (2.1), (2.4)

-Phương trình 2.7:Thể hiện quy luật của sự thay đổi nhiệt trong quá trình hiện

tượng bắn xảy ra

-Phương trình 2.8:Thể hiện quy luật của tốc độ biến đổi áp suất khí thuốc nó

tuân theo phương trình trạng thái khí thực và có tính đến các giai đoạn trích khí;

-Các hệ số  là các hệ số điều khiển dùng trong lập trình tính toán, giải phương trình theo phương pháp số Các hệ số  nhận các giá trị 0 hoặc 1 tùy thời điểm nhất định trong quá trình giải toán phù hợp với tính chất vật lý của bài toán

z Chiều dày cháy tương đối của thuốc phóng;

ψ Lượng sinh khí tương đối của khí thuốc;