1
Mô phỏng động lực học pháo cối, nghiên cứu ảnh
hởng của các yếu tố đến độ chính xác khi bắn

Nguyễn Đức Chấn
Nguyễn Hồng Lanh
Lê Xuân Quyền

Học viện kỹ thuật quân sự

i. đặt vấn đề

Trong trang bị của quân đội nhân dân Việt Nam, pháo cối là loại vũ khí quan trọng.
Các tính năng u việt của pháo cối là:
- Đờng đạn cầu vồng, tiêu diệt đợc các mục tiêu bị che khuất, mục tiêu ở vực sâu.
- Trọng lợng nhẹ, thuận tiện cơ động trong chiến đấu và vận chuyển khi hành quân.
- Kết cấu đơn giản, dễ gia công chế tạo, giá thành thấp.
- Trong chiến đấu, pháo cối luôn bám sát chi viện cho bộ binh.
Chính vì vậy, việc tìm hiểu cơ chế hoạt động, nghiên cứu thiết kế, chế tạo và hoàn
thiện pháo cối vẫn đang đợc quan tâm.
Báo cáo này trình bày một cách mô hình hoá, mô phỏng cơ hệ nền đất-pháo cối
bằng ngôn ngữ vào Alaska
[]
1
, chỉ ra cơ chế hoạt động của pháo cối và ảnh hởng của các
yếu tố đến độ chính xác khi bắn, giúp cho việc dạy-học, thiết kế và sử dụng pháo cối, nâng
cao hiệu quả bắn.
ii. mô hình hoá cơ hệ

Ta đa ra mô hình cơ hệ nền đất - pháo cối cần nghiên cứu nh sau:

1. Nền đất:
Ta coi nền đất nh là hệ đàn nhớt, gồm tập hợp hữu hạn các phần tử lò xo-giảm
chấn gắn tại các điểm j đối diện giữa nền đất và đế cối, phân bố đều trên diện tích tiếp xúc
của đế cối với nền đất, có các hệ số đàn hồi và hệ số cản nhớt nh sau:
-Hệ số đàn hồi theo các phơng tịnh tiến và phơng quay : C
jx
, C
jy
, C
jz
; C
xj

, C
yj

, C
zj


-Hệ số cản nhớt theo các phơng tịnh tiến và phơng quay: K
jx
, K
jy
, K
jz
;K
xj

, K

cylindrical
), hai biến
khớp này quan hệ với nhau bởi bớc vít hớng (
H
h
=0.01m). Vít tầm liên kết hình học với
chân giá bằng khớp trụ (cylindrical), hai biến khớp này quan hệ với nhau bởi bớc vít tầm
(
T
h
=0.01m). Chân giá liên kết hình học với nền đất bằng khớp quay (revolute). Đạn cối
liên kết hình học với nòng cối bằng khớp trợt

(prismatic).
Ta giả thiết khối lợng của các chi tiết pháo cối phân bố đều theo thể tích, sử dụng công
thức Huyghen và công thức tính toạ độ khối tâm. Sau khi tính toán ta có bảng số liệu sau:

Bảng số liệu các đặc trng hình học khối lợng của các bộ phận pháo cối 82
mm
Mô men quán tính (kg.m
2
)
Khối tâm (m)
Đặc
trng

Chi tiết
Khối
lợng
(kg)

7.820
+
3.38
2
l

7.832
+
3.38
2
l
0.0460 0.0 0.237 0.000 0.0 0.05 0.560
Piston 02.80 0.079 0.153 0.0670 0.0 0.063 0.000 0.0 0.08 0.177
Vít tầm
00.73 0.006 0.006 0.0001 0.0 0.000 0.000 0.0 0.00 0.150
Chân giá
17.00 1.350 1.210 1.1300 0.0 0.000 0.085 0.0 0.00 0.450
Đạn cối
03.40 0.032 0.032 0.0041 0.0 0.000 0.000 0.0 0.00 0.075

l
- Khoảng cách từ chuôi nòng đến ốp nòng
[ ]
3
:
l
=1.00m, với miền góc bắn 45
0
ữ
60

- diện tích tiết diện lòng nòng, D = 82mm=0.082m.
p - áp suất của khí thuốc đợc xác định từ bài toán thuật phóng trong pháo cối 82
mm

[ ]
4
.

3
- Ma sát ở các khớp: F
jms
= f
jt
.N
j

M
jms
= f
jt
.r
j
.N
j

Trong đó:
f
jt
= f
jt

- Lực đàn hồi tuyến tính của hệ lò xo tại cơ cấu giảm chấn: Ta sử dụng cơ cấu giảm chấn
cán ngắn cải tiến kiểu 1953
[]
3
, có đồ thị lực đàn hồi tuyến tính của 2 lò xo nh sau:
F
F
nganLoxo _
F
daiLoxo _

Vị trí cân bằng

H.2 Lực lò xo tại cơ cấu giảm chấn.

- Gia tốc trọng trờng: Đợc định nghĩa bởi câu lệnh Gravity 0.0 0.0 1.0 9.80665

iii. cơ chế hoạt động của pháo cối

1. Khi bắn từng phát một có hiệu chỉnh:
Ta xem đồ thị (H.3), khoảng thời gian t=0
ữ
1.4s là giai đoạn đạn chuyển động
xuống chuẩn bị phát hoả. Thời điểm t=1.4s, đạn phát hoả, áp lực khí thuốc đẩy đạn chuyển
động lên trong nòng trong khoảng thời gian rất bé
t



1. ảnh hởng của chân giá và cơ cấu giảm chấn:
Ta tạo 3 version tơng ứng với các góc bắn 45
0
, 60
0
, 75
0
. Để hạn chế ảnh hởng của
đế cối trong cả 3 version, ta đặt đế sao cho mặt đế vuông góc với trục nòng.
Đồ thị (H.10) cho ta dao động của chân giá trong thời gian đạn chuyển động lên
trong nòng ở các góc bắn 45
0
, 60
0
, 75
0
. Trong giai đoạn đó, chân giá hầu nh vẫn đứng yên,
nòng cối lùi tịnh tiến theo phơng trục nòng. Sai số góc bắn nhỏ.
Đồ thị (H.11) là sự đối chứng biến thiên góc tầm giữa cối Stốc kiểu 1908 (không có
cơ cấu giảm chấn) và cối 82
mm
(có cơ cấu giảm chấn). Khi bắn cối Stốc, sai số góc bắn là
rất lớn. Việc đa thêm cơ cấu giảm chấn vào là một bớc nhảy vọt trong quá trình hoàn
thiện kết cấu pháo cối.
Nếu không có cơ cấu giảm chấn, chân giá liên kết trực tiếp với nòng cối (cối Stốc).
Khi nòng lùi kéo theo chân giá gập về sau sẽ đẩy nòng quay lên gây ra sai số. Nếu có cơ
cấu giảm chấn, chân giá liên kết mềm với nòng cối thông qua các lò xo của cơ cấu giảm
chấn. Khi nòng cối lùi, lò xo dài có tác dụng giảm xung tức thời truyền từ nòng cối tới chân
giá. Chân giá vẫn nghỉ quán tính. Nòng lùi tịnh tiến theo phơng trục nòng (sai số góc bắn

Để hạn chế ảnh hởng của đế cối trong cả 3 version, ta đặt đế sao cho mặt đế vuông góc
với trục nòng.
Ver.1: Nền đất mềm đồng nhất.
Ver.2: Nền đất cứng đồng nhất.
Ver.1: Nền đất không đồng nhất (hệ số đàn hồi và hệ số cản nhớt giảm tuyến tính từ trái
qua phải, từ phía trớc ra phía sau).
Đồ thị (H.13) cho ta biến thiên góc tầm và góc hớng của mỗi Ver. Các đờng
thẳng FVAL(20)_Ver.1, FVAL(30)_Ver.1 và FVAL(20)_Ver.2, FVAL(30)_Ver.2 có độ
nghiêng bé (sai số cả góc tầm và góc hớng nhỏ). Các đờng thẳng FVAL(20)_Ver.3,
FVAL(30)_Ver.3 có độ nghiêng lớn (sai số cả góc tầm và góc hớng lớn).
Với nền đất đồng nhất, độ cứng mềm của đất ảnh hởng ít tới độ chính xác khi bắn.
Nền đất không đồng nhất, đế cối khi lùi sẽ bị xoay làm cho nòng lùi có quay gây ra sai số.
Vì vậy khi thao tác chuyển thế chiến đấu, việc chuẩn bị chu đáo công sự là rất quan trọng
có ảnh hởng lớn đến độ chính xác khi bắn.

5

H.3-C¬ chÕ ho¹t ®éng cña c¸c bé phËn ph¸o cèi theo thêi gian.
H.4-C¬ chÕ ho¹t ®éng cña c¸c bé phËn ph¸o cèi theo ®é lón cña ®Õ cèi.