Nghiên cứu khoa học công nghệ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU
ĐẾN THAM SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐẠN CỐI TRIỆT ÂM THEO
NGUYÊN PÍT TÔNG NGƯỢC
Đỗ Đình Lào1*, Đặng Hồng Triển2, Bùi Ngọc Hồi2
Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của một số
tham số kết cấu đến tham số động lực học của đạn cối triệt âm cỡ 50mm hoạt động
theo nguyên pít tông ngược. Kết quả nghiên cứu sở luận khoa học mang
tính chất định tính định lượng phục vụ cho việc lựa chọn các tham số kết cấu hợp
trong tính toán thiết kế, chế tạo đạn cối triệt âm.
Từ khóa: Pít tông, Xi lanh, Hành trình chuyển động, Khe hở giữa pít tông-xi lanh.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đạn cối triệt âm theo nguyên lý pít tông ngược (hình 1) là loại đạn có kết cấu mới mà
trước đây chưa từng được nghiên cứu trong nước. Khác với các loại đạn thông thường, quá
trình làm việc của phát bắn đạn cối triệt âm diễn ra trong lòng viên đạn thông qua hoạt
động của pít tông-xi lanh, còn nòng súng cối chỉ đóng vai trò dẫn hướng chuyển động.
Toàn bộ các quá trình (cháy, biến đổi lý hóa và năng lượng hóa năng của thuốc phóng
thành động năng chuyển động của đạn,…) đều diễn ra trong lòng không gian của pít tông
và xi lanh. Thuốc phóng cháy trong thể tích không gian ban đầu của pít tông khá nhỏ, giản
nỡ, sinh công tạo ra áp suất cắt vành tai của pít tông và tạo ra lực đẩy làm cho xi lanh
mang theo đầu đạn chuyển động về phía trước, pít tông tỳ sát vào cán truyền lực chuyển
động về phía sau. Khi xi lanh chuyển động hết hành trình Ld, pít tông va chạm và đóng kín
xi lanh (không cho khí thuốc thoát ra ngoài), lúc này xi lanh mang theo pít tông chuyển
động cùng và bắt đầu rời khỏi nòng súng [2].
Hình 1. Kết cấu đạn cối triệt âm 50 mm theo nguyên pít tông ngược.
Như vậy, với kết cấu và nguyên lý làm việc của đạn cối triệt âm cho thấy có nhiều
tham số kết cấu ảnh hưởng trực tiếp đến tham số động lực học của đạn cối triệt âm như:
khối lượng của đạn và pít tông, thể tích tự do ban đầu của buồng đốt, hành trình chuyển
động pít tông-xi lanh, khe hở giữa pít tông-xi lanh,...
Việc khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của các tham số kết cấu trên đến tham số động lực học
của đạn nhằm đưa ra cơ sở lý luận khoa học cho việc lựa chọn các tham số thiết kế hợp lý có
ý nghĩa quan trọng trong tính toán thiết kế cũng như khai thác sử dụng đạn cối triệt âm, đây
là vấn đề khoa học mà tác giả cần tập trung giải quyết trong nội dung của bài báo.
2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU ĐẾN
THAM SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐẠN CỐI TRIỆT ÂM
Để nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu đến tham số động lực học của
đạn cối triệt âm, tác giả sử dụng hệ phương trình vi phân (1), biểu thức (2) và ký hiệu quy
ước các đại lượng thuật phóng đã được xây dựng trong bài báo [1], tiến hành lập trình trên
phần mềm Visual Basic để nghiên cứu khảo sát.
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017
205
I
ω
ω
ω
f
=
ω
M
1
k =
k =
m
kỹ thuật & Kỹ thuật khí động lực
z = k1 p
k
= (1+2z +3z2 )z
p = pmoi + fω( )
W0 (1)( )+ SL
(1 ) (k 1) (k 1) 1MVV
= 2K0(k )St p
f
V = k2 Sp
L =V
0 khi z 1
1 1 khi z <1
0 khi p p0
2 1 khi p > p0
(1)
V0 =Vd 1
1+ M
(2)
Phương pháp khảo sát: Khi khảo sát ảnh hưởng của một tham số kết cấu nào đó, thì chỉ
thay đổi giá trị của tham số đó, các tham số còn lại giữ nguyên giá trị như bảng 1.
Bảng 1. Các tham số tham số đầu vào để giải bài toán thuật phóng trong.
Tham số
Ký hiệu
Đơn vị
Giá trị
- Cỡ đạn,
D
dm
0,5
- Khối lượng đạn
M
kg
0,957
- Khối lượng pít tông
m
kg
0,022
- Hành trình chuyển động của pít tông -xi lanh
- Tiết diện xi lanh
- Tiết diện khe hở giữa pít tông-xi lanh
- Thể tích ban đầu buồng đốt
Ld
S0
St
W0
dm
dm2
dm2
dm3
1,52
0,0314
0,0001698
0,003127
- Lực quy đổi của thuốc mồi
fmoi
KG.dm/kg
300000
- Lực thuốc phóng (thuốc cầu C-LP100)
f
KG.dm/kg
1020925
- Trọng lượng riêng của thuốc phóng
kg/dm3
1,6
- Mật độ nhồi
Δ
kg/dm3
0,656
- Lượng cộng tích của khí thuốc
dm3/kg
1,01
- Chỉ số mũ đoạn nhiệt
k
1,15
- Xung lượng riêng của thuốc phóng
Ik
kG.s/dm2
290
- Hệ số mũ quy luật tốc độ cháy của thuốc cầu
0,98
- Hệ số tổn thất lưu lượng phụt khí
0,666
- Khối lượng thuốc phóng
ω
kg
0,00205
- Áp suất mồi
- Áp suất cắt vành tai pít tông
pmoi
pct
kG/dm2
kG/dm2
3000
14500
- Hệ số tăng nặng (hệ số tính công thứ yếu)
1
1,06
206
Đ. Đ. Lào, Đ. H. Triển, B. N. Hồi, “Nghiên cứu ảnh hưởng… nguyên pít tông ngược.
Nghiên cứu khoa học công nghệ
2.1. Ảnh hưởng khối lượng đạn đến tham số động lực học của đạn cối triệt âm
Về mặt lý thuyết [3], [4], đối với một hệ vũ khí đạn cho trước, với các điều kiện khác
không thay đổi, khi tăng khối lượng đầu đạn (đối với đạn pháo) hoặc khối lượng phần bay
của đạn hay còn gọi là khối lượng đạn (đối với đạn cối, đạn chống tăng) áp suất khí thuốc
trong nòng súng sẽ tăng, sơ tốc của đạn sẽ giảm dẫn đến tầm bắn của đạn giảm.
Bảng 2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng khối lượng đạn đến tham số động lực học.
Khối
lượng đạn m
(kg)
0,5
0,7
0,9
1,0
1,2
1,4
1,
6
1,8
2,0
Áp suất
lớn nhất Pmax
(kG/cm2)
121
4,9
157
1,9
188
9,2
204
8,1
235
2,3
264
0,2
29
15
317
6,4
3424
,4
Sơ tốc V0
(m/s)
84,
9
80,5
8
76,
5
74,8
71,
5
68,5
65
,8
63,
3
60,7
Hình 2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng đạn đến tham số động lực học.
Áp dụng quy luật trên với đạn cối triệt âm cỡ 50 mm, khảo sát tham số động lực học
của đạn cối khi thay đổi khối lượng đạn (gồm: đầu đạn, ngòi nổ, pít tông, xi lanh, cánh ổn
định) thu được kết quả như bảng 2.
Kết quả khảo sát cho thấy, khi thay đổi khối lượng đạn từ 0,5 kg đến 2 kg, áp suất lớn
nhất của đạn pmax tăng từ 1214,9 kG/cm2 đến 3424,4 kG/cm2, sơ tốc của đạn giảm từ 84,9
m/s đến 60,7 m/s. Khi tăng khối lượng đạn, áp suất tăng khá nhanh và gần như tuyến tính,
sơ tốc của đạn giảm chậm hơn so với sự tăng của áp suất. Điều này cho phép khi thiết kế
cần lựa chọn khối lượng đạn hợp lý đảm bảo được sơ tốc, tầm bắn và uy lực của đạn theo
yêu cầu chiến kỹ thuật đề ra.
Qua khảo sát các loại đạn cối triệt âm sát thương trên thế giới cho thấy: để đảm bảo
tầm bắn lớn nhất 600 m…800 m, với cỡ đạn 51 mm…60 mm, uy lực sát thương của đạn
10 m…15 m thì khối lượng đạn nằm trong khoảng 0,7 kg…1,2 kg. Đối với đạn cối triệt
âm cỡ 50 mm theo kết quả khảo sát trên: khi khối lượng đạn thay đổi trong khoảng 0,7
kg…1,2 kg, sơ tốc của đạn thay đổi trong khoảng 71,5 m/s…80,6 m/s, áp suất khí thuốc
lớn nhất trong khoảng 1571,9 kG/cm2…2352,3 kG/cm2.
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017
207