Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh chiến tranh hiện đại, việc sử dụng vũ khí công nghệ cao và chính xác để tiêu diệt các mục tiêu trọng yếu ngày càng trở nên phổ biến. Theo báo cáo của ngành quốc phòng, các tổ hợp pháo phòng không lắp trên xe bánh lốp đã trở thành xu hướng chủ đạo nhằm tăng tính cơ động và hiệu quả tác chiến. Tổ hợp pháo phòng không ZU-23-2 là một trong những loại vũ khí được sử dụng rộng rãi, với tốc độ bắn lên đến 1.000 phát/phút và khả năng tiêu diệt mục tiêu ở độ cao tối đa 3.500 m. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu và lựa chọn giải pháp lắp đặt pháo phòng không ZU-23-2 lên xe ô tô KAMAZ 43118 nhằm tăng tính năng cơ động và tác chiến, đồng thời đảm bảo không làm ảnh hưởng đến tính năng động lực học của xe cơ sở.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán trọng tâm tổ hợp, khảo sát dao động khi bắn trên hệ thống treo và hệ thống chân chống của xe KAMAZ 43118 trong giai đoạn từ năm 2017 đến 2019 tại Việt Nam. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc tạo ra tổ hợp phòng không có tính năng kỹ chiến thuật tốt, đáp ứng yêu cầu tác chiến hiện đại, đồng thời tiết kiệm chi phí nhập khẩu vũ khí từ nước ngoài. Các chỉ số kỹ thuật như trọng lượng tổng tải của tổ hợp, phân bố tải trọng lên các cầu xe và biên độ dao động khi bắn được xác định cụ thể để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả chiến đấu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết động lực học hệ nhiều vật và lý thuyết ô tô quân sự. Lý thuyết động lực học hệ nhiều vật giúp mô hình hóa dao động của tổ hợp xe - vũ khí khi bắn, tập trung vào ba bậc tự do chính gồm dao động tịnh tiến theo trục thẳng đứng Z, dao động góc quanh trục Y (β) và dao động góc quanh trục X (θ). Lý thuyết ô tô quân sự cung cấp cơ sở để lựa chọn xe cơ sở phù hợp, xác định trọng tâm, phân bố tải trọng lên các cầu xe theo tiêu chuẩn quốc tế ECE, đồng thời đánh giá tính năng kỹ chiến thuật của tổ hợp.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm: trọng tâm tổ hợp, dao động hệ thống treo và dao động hệ thống chân chống. Trọng tâm tổ hợp được xác định dựa trên mô hình 3D của xe và pháo, đảm bảo phân bố tải trọng hợp lý. Dao động hệ thống treo và chân chống được khảo sát để tìm ra vị trí lắp đặt pháo tối ưu, giảm thiểu ảnh hưởng đến vũ khí và kíp chiến đấu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm các tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn quốc tế, số liệu thực nghiệm và mô phỏng từ phần mềm Matlab Simulink. Cỡ mẫu nghiên cứu là tổ hợp pháo phòng không ZU-23-2 lắp trên xe KAMAZ 43118, được lựa chọn dựa trên tính năng kỹ thuật và khả năng ứng dụng thực tế trong quân đội Việt Nam.

Phương pháp phân tích bao gồm: tổng quan tài liệu để xác định hướng nghiên cứu; phân tích lý thuyết để xây dựng mô hình động lực học; thực nghiệm mô phỏng dao động tổ hợp khi bắn trên hệ thống treo và chân chống; so sánh và xử lý số liệu để đánh giá hiệu quả các phương án lắp đặt. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 4/2017 đến tháng 4/2019, với các giai đoạn chính gồm khảo sát, mô hình hóa, tính toán và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xác định trọng tâm và phân bố tải trọng: Trọng tâm của tổ hợp xe - pháo được tính toán chính xác, đảm bảo tổng tải trọng không vượt quá 24 tấn, phù hợp với tiêu chuẩn ECE cho xe ba cầu. Phân bố tải trọng lên cầu trước và cầu sau được duy trì trong giới hạn cho phép, không làm thay đổi đáng kể tính năng động lực học của xe cơ sở.

  2. Dao động khi bắn trên hệ thống treo: Mô phỏng cho thấy dao động thẳng đứng và dao động góc của tổ hợp khi bắn trên hệ thống treo có biên độ dao động thẳng đứng trung bình khoảng 0,05 m và dao động góc dọc, ngang dưới 2 độ. Vị trí lắp đặt pháo tại miền trọng tâm xe giúp giảm thiểu dao động, bảo vệ vũ khí và kíp chiến đấu.

  3. Dao động khi bắn trên hệ thống chân chống: So sánh dao động khi bắn trên chân chống và hệ thống treo cho thấy chân chống giúp giảm biên độ dao động thẳng đứng xuống khoảng 0,03 m, tăng độ ổn định khi bắn. Tuy nhiên, thời gian triển khai chân chống làm giảm tính cơ động, không phù hợp với yêu cầu tác chiến nhanh.

  4. Phương án bố trí chung: Phương án lắp đặt pháo ZU-23-2 trên xe KAMAZ 43118 với ca bin phụ được lựa chọn, đảm bảo không gian tác chiến thuận tiện, trọng lượng tổ hợp phù hợp và thời gian chuyển đổi trạng thái hành quân - chiến đấu dưới 3 phút.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của dao động tổ hợp khi bắn là lực phát bắn tác động lên hệ thống treo và cấu trúc xe. Việc lựa chọn vị trí lắp đặt pháo gần trọng tâm xe giúp giảm thiểu ảnh hưởng của dao động, đồng thời bảo đảm phân bố tải trọng hợp lý. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả dao động của tổ hợp tương đương hoặc tốt hơn các tổ hợp phòng không lắp trên xe bánh lốp khác như PANTSYR-S1 của Nga hay LAV-AD của Mỹ.

Việc sử dụng hệ thống chân chống tuy giảm dao động hiệu quả nhưng làm giảm tính cơ động và tăng thời gian triển khai, không phù hợp với chiến tranh hiện đại đòi hỏi tốc độ và linh hoạt cao. Do đó, giải pháp lắp đặt pháo trên hệ thống treo được ưu tiên, kết hợp với thiết kế giảm chấn và bố trí hợp lý để nâng cao độ ổn định khi bắn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ dao động thẳng đứng và góc dao động theo thời gian, bảng so sánh biên độ dao động giữa hai hệ thống treo và chân chống, giúp minh chứng rõ ràng hiệu quả của các phương án.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thiết kế hệ thống giảm chấn tối ưu: Cải tiến hệ thống treo xe KAMAZ 43118 bằng cách tích hợp bộ giảm chấn chuyên dụng nhằm giảm biên độ dao động khi bắn, nâng cao độ ổn định và độ chính xác của pháo. Chủ thể thực hiện: Bộ phận kỹ thuật quân sự, thời gian: 12 tháng.

  2. Tối ưu vị trí lắp đặt pháo: Áp dụng kết quả mô phỏng để lựa chọn vị trí lắp đặt pháo gần trọng tâm xe, đảm bảo phân bố tải trọng hợp lý và giảm thiểu dao động. Chủ thể thực hiện: Nhà thiết kế vũ khí, thời gian: 6 tháng.

  3. Phát triển ca bin phụ đa năng: Thiết kế ca bin phụ có thể tháo lắp nhanh, hỗ trợ kíp chiến đấu và bảo vệ trong trạng thái chiến đấu, đồng thời không làm giảm tính cơ động của xe. Chủ thể thực hiện: Nhà sản xuất xe quân sự, thời gian: 9 tháng.

  4. Đào tạo và huấn luyện kíp chiến đấu: Tổ chức các khóa huấn luyện sử dụng tổ hợp xe - pháo mới, tập trung vào kỹ năng chuyển đổi trạng thái hành quân - chiến đấu nhanh chóng và hiệu quả. Chủ thể thực hiện: Bộ chỉ huy quân sự, thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà thiết kế và kỹ sư quân sự: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp tính toán chi tiết để thiết kế tổ hợp vũ khí cơ động, giúp nâng cao hiệu quả nghiên cứu và phát triển sản phẩm.

  2. Bộ phận kỹ thuật và bảo trì quân đội: Thông tin về phân bố tải trọng, dao động và bố trí chung giúp cải thiện công tác bảo dưỡng, vận hành và nâng cấp tổ hợp vũ khí.

  3. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách quốc phòng: Cung cấp luận cứ khoa học để ra quyết định đầu tư, trang bị và phát triển công nghệ vũ khí phù hợp với yêu cầu chiến tranh hiện đại.

  4. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành cơ khí động lực và kỹ thuật quân sự: Là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng lý thuyết động lực học và mô hình hóa trong thiết kế vũ khí phòng không cơ động.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn xe KAMAZ 43118 làm xe cơ sở?
    Xe KAMAZ 43118 có tính năng vượt trội về tải trọng (11.600 kg), khả năng cơ động cao với công thức bánh xe 6x6, động cơ Diesel công suất 240 kW và hệ thống phanh ABS, phù hợp với yêu cầu kỹ chiến thuật của tổ hợp pháo phòng không.

  2. Pháo ZU-23-2 có ưu điểm gì khi lắp trên xe?
    Pháo ZU-23-2 có tốc độ bắn cao (1.000 phát/phút), trọng lượng nhẹ (950 kg), khả năng tiêu diệt mục tiêu ở độ cao 3.500 m và thiết kế gọn nhẹ, dễ dàng tích hợp trên xe bánh lốp mà không làm giảm tính năng chiến đấu.

  3. Làm thế nào để giảm dao động khi bắn trên xe?
    Giải pháp bao gồm lựa chọn vị trí lắp đặt gần trọng tâm xe, sử dụng hệ thống treo có giảm chấn hiệu quả và thiết kế bố trí chung hợp lý nhằm giảm biên độ dao động thẳng đứng và góc dao động, bảo vệ vũ khí và kíp chiến đấu.

  4. So sánh ưu nhược điểm giữa bắn trên hệ thống treo và chân chống?
    Bắn trên chân chống giảm dao động tốt hơn nhưng làm giảm tính cơ động và tăng thời gian triển khai. Bắn trên hệ thống treo giữ được tính cơ động cao nhưng cần cải tiến giảm chấn để giảm dao động.

  5. Thời gian chuyển đổi trạng thái hành quân sang chiến đấu là bao lâu?
    Theo nghiên cứu, thời gian chuyển đổi trạng thái hành quân sang chiến đấu của tổ hợp không quá 3 phút, đảm bảo đáp ứng yêu cầu tác chiến nhanh và linh hoạt trong thực tế.

Kết luận

  • Đã xác định được trọng tâm và phân bố tải trọng hợp lý cho tổ hợp pháo phòng không ZU-23-2 lắp trên xe KAMAZ 43118, đảm bảo không làm thay đổi tính năng động lực học của xe cơ sở.
  • Mô hình động lực học dao động khi bắn trên hệ thống treo và chân chống được xây dựng và mô phỏng thành công, xác định được vị trí lắp đặt pháo tối ưu.
  • Phương án bố trí chung với ca bin phụ được lựa chọn, đáp ứng yêu cầu kỹ chiến thuật và tính cơ động cao.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm dao động, nâng cao độ ổn định và hiệu quả chiến đấu của tổ hợp.
  • Khuyến nghị triển khai nghiên cứu tiếp theo về hệ thống giảm chấn và đào tạo kíp chiến đấu để hoàn thiện tổ hợp.

Tiếp theo, cần tiến hành thử nghiệm thực tế để kiểm chứng các kết quả mô phỏng, đồng thời phát triển các giải pháp kỹ thuật nâng cao tính năng tổ hợp. Các đơn vị quân sự và nhà sản xuất cần phối hợp chặt chẽ để đưa tổ hợp vào biên chế, góp phần nâng cao năng lực phòng không cơ động của quân đội.