Bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng
Học viện kỹ thuật quân sự
Trơng T Hiếu
khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn
định của đại liên khi bắn Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật
Mã số : 62.52.02.01 Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Th viện Quốc gia
- Th viện Học viện Kỹ thuật Quân sự
danh mục công trình của tác giả

1. Trơng T Hiếu (2003), Các giải pháp nâng cao tính ổn định của súng đại liên khi bắn, Tạp chí Kỹ thuật
và Trang bị, số 33 tháng 6 năm 2003 tr 35-36 và 64.
2. Đặng Đức Thắng, Trơng T Hiếu (2003), Về bài toán chọn các thông số tối u cho giảm giật súng tự động
, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, số 104 (III-2003) tr. 103-110.
3. Trơng T Hiếu (2007), ứng dụng phần mềm SAP2000 khảo sát sự ổn định của đại liên khi bắn, Tuyển tập
công trình Hội nghị Khoa học các nhà nghiên cứu trẻ, Nhà xuất bản Quân đội nhân dân, tr. 195-208.
4. Trơng T Hiếu (2007), Khảo sát ổn định của đại liên khi bắn theo cơ học hệ vật rắn, Tạp chí Khoa học và
kỹ thuật, số 121 (IV-2007) tr. 43-51.

Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: Lấy đối tợng là súng đại liên
bắn trên giá 3 chân hoặc giá có bánh xe. Mô hình tính toán là dao
động của hệ trong không gian có kể tới mối liên kết của súng-giá với
xạ thủ và nền đặt bắn. áp dụng tính toán cho 2 mẫu điển hình là đại

2
liên CGM và PKMS.
Phơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm đo đạc thông số đầu vào và kiểm chứng mô hình.
ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Bổ sung và hoàn
chỉnh cho bài toán khảo sát, đánh giá chất lợng khi thiết kế súng tự
động cỡ nhỏ, góp phần định hớng và giúp giảm chi phí khi thiết kế
mới. Xây dựng cơ sở khoa học lựa chọn mô hình tính ổn định tĩnh và
động của súng có giá.
Nội dung nghiên cứu: Luận án gồm phần mở đầu và bốn chơng
thuyết minh cùng với danh mục các bài báo đã công bố, kết luận và
phần phụ lục các kết quả thực nghiệm. Có 70 hình, 25 bảng, sử dụng 52
tài liệu tham khảo.

Chơng 1
Tổng quan
1.1. ổn định của đại liên khi bắn
1.1.1. Đại liên
Trên quan điểm ổn định khi bắn, đại liên có thể đợc chia ra làm
hai loại:
- Đại liên thế hệ 1: đợc thiết kế trên quan điểm ổn định tĩnh - có
liên kết liên tục với nền đặt bắn (điển hình là mẫu CGM);
- Đại liên thế hệ 2: đợc thiết kế trên quan điểm ổn định động -
bán liên kết với nền đặt bắn (điển hình là mẫu PKMS).


thay thế. Tính toán va chạm của các khâu trong máy tự động theo va

4
chạm thẳng, va chạm nghiêng, va chạm nhiều khâu có sử dụng hệ số
hồi phục để đơn giản quá trình tính toán. Mô hình chuyển động của
hệ súng-giá khi bắn chỉ kể tới chuyển động tịnh tiến dọc trục nòng
của các cơ cấu máy tự động khi bắn trên giá đàn hồi.
Mô hình của EA.Gorop [45],[46]: tác giả cho rằng súng chỉ
chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng (mặt phẳng bắn) và độ
cứng của giá rất lớn so với độ cứng của nền đất, tác dụng của nền lên
giá đợc thay thế bằng một lò xo, hộp súng và giá đợc khoá chặt tạo
thành một khâu cứng có khối lợng đặt tại trọng tâm. Mô hình này
chỉ có thể đợc sử dụng cho tính toán sơ bộ khi thiết kế.
Mô hình của Kirilop và các tác giả trờng cao đẳng kỹ thuật
quân sự Penza [47]: các tác giả của trờng cao đẳng kỹ thuật quân sự
Penza đã sử dụng các giả thiết: Mô hình động lực học của hệ vũ khí-
giá-xạ thủ đợc xem nh ở dạng sơ đồ lý tởng; Phản xạ có ý thức
của xạ thủ trong thời gian bắn loạt ngắn không phát sinh và không kể
đến trong tính toán; Tác dụng của xạ thủ trong thời gian bắn loạt ngắn
lên vũ khí đợc thay thế trong tính toán bằng tác dụng của lò xo với
các đặc tính không thay đổi và đợc xác định hoàn toàn. Phần này các
tác giả mới trình bày mô hình tính toán mà cha có lời giải cụ thể,
cha đa ra phơng trình tính toán.
1.2.2. Trong nớc
Tiến sĩ Nguyễn Thành Long [22] đã đa ra hai mô hình tính toán
bằng phơng pháp phần tử hữu hạn: Khảo sát ứng suất và biến dạng
xuất hiện khi giá súng có liên kết khớp với nền; Khảo sát dao động
của hệ khi giá súng có liên kết đàn hồi và cản nhớt với nền.
1.2.3. Nhận xét
Qua việc phân tích các công trình nghiên cứu đã đợc công bố về

hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn định của hệ khi bắn.

6
Chơng 2
bi toán Khảo sát ổn định của đại liên
Theo nguyên lý ổn định tĩnh
2.1 Đặt vấn đề
Với đại liên thế hệ 1, do trọng lợng và kích thớc lớn, liên kết với
nền chắc chắn thông qua lỡi cày ngang nên biến dạng của các chi tiết
giá súng dới tác dụng của các lực khi bắn là đáng kể. Khi quan tâm tới
ứng suất và biến dạng của hệ kết cấu tơng đối phức tạp thì một trong
những phơng pháp hay đợc sử dụng là dùng các phần mềm ứng dụng
trên cơ sở phơng pháp phần tử hữu hạn bởi nó cho phép nhanh chóng
nhận đợc các đặc trng ứng suất, biến dạng, chuyển vị của bất kỳ điểm
nào trong hệ kết cấu.
2.2. Giới thiệu về phần mềm SAP2000
Phơng pháp PTHH đã tận dụng đợc các u điểm của phơng
pháp xấp xỉ hàm và phơng pháp sai phân hữu hạn. Có nhiều phần
mềm đợc viết trên cơ sở phơng pháp PTHH nh SAMCEF,
SAP2000, STAD PRO, STRUDCAD ở đây tôi sử dụng phần mềm
SAP2000. Phần mềm SAP2000 thích hợp cho các mô hình tính động
lực học xác định, tờng minh và có liên kết ổn định, liên tục:
- Có cấu trúc hệ xác định, khối lợng các phần tử xác định;
- Các thông số đặc trng của kết cấu xác định;
- Liên kết là ổn định và liên tục, quy luật ngoại lực tờng minh,
xác định trớc.
2.3. Xây dựng mô hình tính toán
2.3.1. Đặt bài toán
Qua xem xét các mẫu đại liên thế hệ 1 có thể khẳng định rằng mô
hình của chúng khá phù hợp khi sử dụng phần mềm SAP2000 để khảo

học máy tự động (Hình 2.3).
Trọng lợng bản thân vũ khí đợc phân bố đều theo thể tích các
chi tiết, nó có tác dụng làm tăng độ ổn định của vũ khí.

8
Hình 2.3 Biểu đồ xung lực đại liên PKMS khi bắn
Khi bắn loạt có thời gian nhỏ hơn 0,25 giây thì xạ thủ cha kịp
phản ứng điều chỉnh góc lệch [10], [42]. Khi đó lực tác dụng của xạ
thủ là lực đàn hồi và cản nhớt của cơ bắp sinh ra do súng bị dịch
chuyển khỏi vị trí ban đầu.
Khi bắn, các chân súng đặt trên nền đất sẽ có dịch chuyển và quay
theo các phơng. Một trong những mô hình tơng đối phù hợp với
thực tế là coi tác dụng của nền đất nh một hệ đàn nhớt, tức là tơng
đơng với một phần tử đàn hồi có độ cứng K và một giảm chấn có hệ
số cản nhớt B.
2.4. Khảo sát độ ổn định của đại liên khi bắn bằng phần mềm
SAP2000
2.4.1. Khảo sát với mẫu đại liên CGM đại diện cho thế hệ đại
liên đợc thiết kế trên quan điểm ổn định tĩnh. Hình 2.5 Mô hình đại liên CGM Hình 2.10 Mô hình đại liên PKMS
0
64

mối liên kết cơ bản tạo ổn định cho hệ. Phần mềm SAP2000 cho phép
xây dựng mô hình, lựa chọn phơng pháp giải và xuất kết quả dịch
chuyển, ứng suất, biến dạng trực tiếp thông qua giao diện.

Hình 2.6: Đồ thị dịch chuyển, vận tốc của một số điểm theo phơng Z

Hình 2.7: Đồ thị dịch chuyển, vận tốc của một số điểm theo phơng Y
Góc nẩy của súng:
18
()
z
zz
arctg
l


=
;
18
()
y
yy
arctg
l


=
.
Véc tơ góc bay ra:
()


=
. (2.20)
Sau khi đa các thông số của từng phát bắn vào mô hình tính toán
ta xuất ra các dữ liệu đợc mô tả trong bảng 2.5.
Khi hiệu chỉnh súng ta sử dụng phơng pháp bắn phát một tơng
ứng với phát đầu tiên trong loạt bắn, để thấy rõ dao động của hệ ta
chuyển về kết quả sai lệch của các phát bắn trong loạt so với phát đầu
tiên. Số liệu tính toán thể hiện trong bảng 2.6.

10
Giá trị
Ph bắn
Giá trị
Ph bắn
Bảng 2.5: Góc nẩy và vận tốc góc đại liên CGM (10 viên).

Phát 1

Phát 2

Phát 3

Phát 4

Phát 5

Phát 10
Góc
z


Phát 3


Phát 4

Phát 5


Phát 10
Góc
z


-0.0064 0.0363 0.0242 0.0077 0.0217 0.0191
Góc
32z


-0.0054 0.0425 0.0239 0.0150 0.0270 0.0223
Góc
z


0.0344 -0.0118 -0.0120 -0.0096 -0.0096 -0.0105
Góc
y


0.0000 -0.0001 -0.0006 -0.0013 -0.0013 -0.0010

- Xác định sơ bộ các liên kết và các điều kiện đầu của bài toán;
- Dựng mô hình bằng SAP2000 và thực hiện giải bài toán;
- Xác định phân bố ứng suất tổng thể của hệ theo các phơng;
- Xác định ứng suất theo các phơng và các vị trí đặc biệt;
- Lựa chọn hình dạng mặt cắt phù hợp;
- Xác định các giải pháp hợp lý tăng cứng cho kết cấu;
- Thay đổi thứ tự các thông số cơ bản để lựa chọn bộ thông số hợp
lý theo chỉ tiêu tản mát của đạn;
- Tiến hành chế tạo và thử nghiệm và hiệu chỉnh mẫu.
2.6. Kết luận chơng 2
Sau khi tiến hành khảo sát cho mẫu đại liên theo nguyên lý ổn
định tĩnh rút ra một số nhận xét và kết luận:
- Bên cạnh các yếu tố đã đợc khảo sát trong các mô hình trớc
đây thì biến dạng và tần số dao động riêng là những yếu tố có ảnh
hởng lớn tới sự ổn định của hệ khi bắn.
- Mặc dù khối lợng và kích thớc giá súng là những yếu tố chính
cản trở sự cơ động của đại liên nhng khó có khả năng giảm nhiều khi

12
hệ đợc thiết kế theo quan điểm ổn định tĩnh. Muốn giảm các thông số
này trong thiết kế phải sử dụng mô hình theo nguyên lý ổn định động.
- Mô hình tính toán có thể áp dụng tốt cho các loại vũ khí lắp trên
phơng tiện cơ động có độ cứng hệ thống nhỏ để tăng độ chính xác và
giảm thời gian tính toán.
Qua quá trình khảo sát dao động của đại liên thế hệ 2 bằng phần
mềm SAP2000 rút ra kết luận:
- Có thể sử dụng cho bài toán nghiệm bền kết cấu trong những
trạng thái đặc biệt (Khi cả ba chân liên kết với nền).
- Khi chân trớc mất liên kết với nền đặt bắn (là trạng thái chủ yếu
khi bắn) thì ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các chi tiết giá

Ma trận chuyển theo góc quay Briant.
1
0
10 0
0
0
A
Cos Sin
Sin Cos






=



0
010
0
Cos Sin
Sin Cos







G










Động năng của vật rắn, lực suy rộng:
1
. .
2
ii
i
iiTiiiTiT
RR R
rr
ii
i
R
mm
R
TqMqR
mm




j
r
Q
q
=

=


(3.6)
Phơng trình Lagrăng đối với cơ hệ :

j
jj
dT T
Q
dt q q



=

&
(3.7)
3.3. Thiết lập mô hình tính toán
3.3.1. Các giả thiết cơ bản
- Khi bắn, các cơ cấu của súng đợc coi là vật rắn tuyệt đối (khi ba

O ; Hệ
tọa độ động (hệ tọa độ địa phơng)
1
O gắn chặt với vật 1; Hệ toạ độ
động
2
O gắn chặt với vật 2; Hệ toạ độ động
3
O gắn chặt với vật 3; Hệ
tọa độ động
4
O gắn chặt với vật 4; Hệ tọa độ động
5
O
gắn chặt với vật
5; Hệ toạ độ động
i
O
có gốc trùng trọng tâm ban đầu của vật i.
3.3.4. Chọn hệ các tọa độ suy rộng độc lập
Các toạ độ suy rộng độc lập:
1
q - Chuyển động tịnh tiến dọc trục
0
x
O của vật 1;
2
q
- Chuyển động tịnh tiến dọc trục
0 y

8
q - Chuyển động quay quanh
trục
2 y
O của vật 4;
9
q - Chuyển động quay quanh trục
4 z
O của vật 5;
i
q -
Chuyển động tịnh tiến theo trục
ix
O của vật i .

15
(3.12)
(3.52)
3.3.5. Các ngoại lực tác dụng lên cơ hệ
Lực của áp suất khí thuốc trong nòng và trong buồng khí: Xác
định lực của khí thuốc tác dụng trong nòng cần giải hệ phơng trình
thuật phóng trong (3.8), nhiệt động buồng khí (3.12) (theo [10], [27],
[42]). Hai hệ phơng trình này đợc giải đồng thời.

() ()
13 13 2
23
.dl dz
; . ; ;
.dt dt

dt I


=++()
()
}
2 3
3
pt
1. 1
12
1 .
k
bb d
dP P
fKP z KPSV
dt w I
KG GKP








=+


Các lực khác bao gồm: Lực xiết đai đạn; Lực cản băng đạn; Lực
rút vỏ đạn; Tác dụng của nền đặt bắn; Tác dụng của xạ thủ; Vận tốc
các khâu sau va chạm (đợc xác định theo [10], [27], [42] và các kết
quả thử nghiệm trong chơng 4).
3.4. Động năng cơ hệ, công khả dĩ và lực suy rộng
Việc xác định động năng cơ hệ, công khả dĩ và lực suy đợc thực
hiện bằng việc vận dụng các công thức (3.1), (3.3), (3.6) với sự trợ
giúp của phần mềm Maple cho các vật và các ngoại lực.

12345cohe i
TTTTTTT

=+++++
. (3.29)

3lg
245
.
Cohe b
td ph
WWPWVWFWPWPWCWA
WB WF WF WM WM WM



=++ + +++
++ + + + +

(3.8)2 3 4 5,6
7

8
10
9

1
11
Tích phân hệ phơng trình vi phân cho 1 bớc

Cấu trúc hệ phơng trình vi phân
P,W, P,P
b G X,V

X,P
Pt TP
T
(3.10)
Pt Buồn
g
khí
(3.12)

-40
-20
0
20
40
60
80
Dch chuyn b khúa Vn tc b khúa

Hình 3.8 Đồ thị áp suất thuật phóng Hình 3.10 Đồ thị chuyển động của khâu cơ sở
3.5.4. Nhận xét và kết luận
Các thông số thuật phóng trong và chuyển động của máy tự động
tơng đối chính xác so với các số liệu cho trong tài liệu (< 2%).
Mối liên hệ giữa các thông số động lực học khá chặt chẽ: Chiều dài
lùi điểm tỳ vai, góc nẩy giá súng, góc nẩy thân súng Chỉ ra khả năng
giảm nẩy thân súng thông qua việc mở khóa tầm - hớng khi bắn.
Kết quả tính toán tơng đối phù hợp với kết quả đo động lực học
của hệ khi bắn (trình bày trong chơng 4). Điều đó cho phép kết luận
phơng pháp xây dựng mô hình và giải bài toán là phù hợp.
3.6. Khảo sát ảnh hởng của một số thông số cơ bản tới sự ổn
định của đại liên khi bắn
Các thông số cơ bản cần khảo sát chia thành 3 nhóm:
- Nhóm liên quan tới các thông số cơ bản của kết cấu;
- Nhóm liên quan tới tác động của ngời bắn;
- Nhóm liên quan tới liên kết nền.
Việc khảo sát cho phép rút ra các kết luận, định hớng cho quá
trình cải tiến, thiết kế giá súng.
3.7. Kết luận chơng 3
Các thông số của bài toán cổ điển: trọng lợng, kích thớc giá
vẫn có ảnh hởng đáng kể tới độ ổn định của hệ khi bắn. Khi thiết kế

- Xác định các thông số động lực học chính của hệ khi bắn trên
nền đã lựa chọn làm cơ sở đánh giá mức độ chính xác, hợp lý của mô

19
hình tính toán lý thuyết.
4.2 Xác định các thông số ban đầu
4.2.1 Xác định các thông số liên kết vai
Súng đại liên PKMS bắn ở t thế xạ thủ quỳ bắn mở khóa tầm,
hớng và buồng khí xả một lỗ trên giá 3 chân đặt trên nền đất sét pha
cát chặt vừa. Đo cho cả bắn phát 1 và bắn loạt ngắn 3 viên.
Thực nghiệm tiến hành trong hầm với điều kiện: Nhiệt độ 20
o
C;
Độ ẩm 75%; Không bị ảnh hởng bởi các yếu tố tác động khác.
Thiết bị đo : Thiết bị DEWETRON
3000 do Cộng hoà áo sản xuất phục vụ
để nhận, chuyển đổi các tín hiệu tơng
tự về tín hiệu số và xử lý dữ liệu bằng
phần mềm DasyLab; Cảm biến H7 (Đầu
đo dịch chuyển); Đầu đo lực PCV-1K
(loại 1000KG).
Mô hình kết cấu thí nghiệm và bố trí các vị trí đo trên súng.

Hình 4.2 Phơng pháp lắp đặt thiết bị đo lực tỳ vai
Tiến hành thí nghiệm 6 lần (04 lần bắn 1 viên, 02 lần bắn 3 viên).
Từ kết quả đo dịch chuyển và lực tỳ vai có thể tính toán giá trị các
thông số thay thế của mối liên kết giữa súng với xạ thủ thông qua việc
giải gần đúng mối liên hệ theo công thức:

.

20 Kgs/dm;
- Hệ số độ cứng thay thế của xạ thủ
=
v
K 16
ữ
160 Kg/dm.
4.2.2 Xác định các thông số liên kết nền
Phơng pháp đo tiến hành dựa vào giả thiết [3], [34]: ứng suất và
biến dạng của nền đất tuân theo hai giai đoạn là biến dạng đàn hồi và
khi ứng suất vợt quá giá trị giới hạn đàn hồi thì xảy ra trợt (cắt).
Các kết quả đo đợc nằm trong vùng giá trị tính toán theo các
công thức lý thuyết tuy nhiên khó có thể so sánh chính xác vì loại đất
thí nghiệm chỉ xác định gần đúng theo phân loại trong tài liệu.
4.2.3 Xác định các thông số mô men quán tính
Phơng pháp thực nghiệm đo đạc xác định gần đúng vị trí trọng
tâm và mô men quán tính theo nguyên lý con lắc cơ học. Đây là
phơng pháp cho giá trị tơng đối chính xác và nhanh đặc biệt là với các
vật có hình dạng phức tạp.
Bảng 4.3: Mô men quán tính trung bình của các vật:

J
x
[KGdms
2
] J
y
[KGdms
2
] J

4.3.4. Xử lý số liệu và kết quả đo
Góc quay của súng tính theo công thức:
)(
l
zz
arctg
bn
z

=

;
)(
l
yy
arctg
bn
y

=

.
4.4. Khảo sát ảnh hởng vị trí điểm tỳ vai đến sự ổn định của
hệ khi bắn

Hình 4.11 Kết cấu báng súng khi thay đổi điểm tỳ vai
I
V
%
I

nhiên việc dùng đầu đo và thiết bị đo của các hãng nổi tiếng nớc
ngoài cho kết quả chính xác hơn do đó các kết quả thu đợc qua thực