Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA KHÍ CỤ BAY 1. Xác định ĐTKĐ trong quy trình thiết kế chế tạo thử nghiệm KCB 1. Quy trình thiết kế chế tạo thử nghiệm KCB Trong thực tế, quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế thử KCB được thực hiện theo một quy trình chung gồm có những bước theo thứ tự như sau: Nhiệm vụ thiết kế Xác định các ĐTKĐ Lập dự án Phương pháp Sử dụng ống Phương pháp thiết kế tính toán khí động thực nghiệm Lựa chọn Tính toán Chế thử Thử nghiệm Kết luận giải pháp thiết kế mẫu KCB sơ bộ Tính toán thiết kếHình 1. Quy trình thiết kế, chế tạo, thử nghiệm KCB Thực tiễn cho thấy, tại các cơ sở nghiên cứu thường được tổ chức thành nhiều đơn vị có chức năng khoa học tương đương với sơ đồ trên để đảm bảo thực hiện các công trình nghiên cứu một cách hiệu quả.
Các bộ phận liên kết với nhau tạo thành hệ thống tổ chức của một đơn vị, trong đó mỗi bộ phận đảm nhận một hay nhiều chức năng, cùng với một phương thức hoạt động để đáp ứng các yêu cầu nhiệm vụ thiết kế và tính năng của sản phẩm. Việc xác định các ĐTKĐ của KCB được thực hiện trong 2 giai đoạn: - Giai đoạn tính toán thiết kế. Đây là công việc trước tiên và bắt buộc cần thực hiện đó là xác định sơ bộ các ĐTKĐ của mẫu thiết kế. - Giai đoạn chế tạo thử nghiệm sản phẩm.
Công việc cần thực hiện là xác định các ĐTKĐ của KCB bằng phương pháp thực nghiệm. Phương pháp xác định ĐTKĐ đối với mỗi loại KCB trong từng giai đoạn trên có thể khác nhau. Vai trò xác định các ĐTKĐ Từ việc xem xét quy trình thiết kế, chế tạo, thử nghiệm KCB có thể thấy rõ việc xác định các ĐTKĐ của KCB đều được thực hiện trong toàn bộ quá trình trước, trong và sau khi chế tạo. Điều đó khẳng định ý nghĩa, tầm quan trọng của ĐTKĐ trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo KCB.
Hướng nghiên cứu của luận án là xác định các ĐTKĐ của KCB từ các TSCĐ do đó cần làm rõ vai trò việc xác định các ĐTKĐ trong quá trình thử nghiệm KCB. Với mục đích chung là đánh giá, hoàn thiện và nâng cao chất lượng làm việc của sản phẩm, quá trình thử nghiệm không những chỉ đơn thuần là việc quan sát định tính khả năng làm việc hay hoạt động của sản phẩm mà còn yêu cầu phải đo đạc được các thông số làm việc một cách chính xác, thông qua các thiết bị kỹ thuật đo lường và phương pháp xử lý số liệu đo đạc. Đối với các thiết bị quân sự như vũ khí, hàng không thì quá trình thử nghiệm sau chế tạo có vai trò quan trọng vì kết quả thử nghiệm đánh giá, phản ánh chất lượng của các bộ phận thiết kế, gia công, lắp ráp. hoặc thậm chí cả một hệ thống.
Ngoài ra, kết quả thử nghiệm cho phép người thiết kế hệ thống có căn cứ, cơ sở khoa học để đánh giá bản thiết kế và đưa ra những kết luận sơ bộ, từ đó quay lại để hiệu chỉnh, hoàn thiện thiết kế, đồng thời thiết lập và xác định được các thông số kỹ thuật của sản phẩm một cách hệ thống. Mục đích của việc thử nghiệm là xác định, đánh giá các thông số kỹ thuật của sản phẩm mẫu. Một trong những mục đích của quy trình thử nghiệm KCB là xác định các ĐTKĐ. Các phương pháp điều khiển và các tham số điều khiển được xác định từ chính mô hình vật lý của đối tượng điều khiển trong đó có sự xuất hiện của các ĐTKĐ cần được đo đạc, xác định đầu tiên.
Hay nói cách khác: các ĐTKĐ tham gia vào quá trình tính toán xác định các tham số điều khiển cho KCB[28]. Như vậy, độ chính xác của các ĐTKĐ có 11 ảnh hưởng đến độ chính xác các tham số điều khiển và ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển quỹ đạo. Vì vậy, muốn nâng cao chất lượng điều khiển cần phải có phương pháp xác định các ĐTKĐ thực của KCB - đây là công đoạn bắt buộc không thể bỏ qua đối với bất kỳ loại KCB nào mới được chế tạo. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Đối với các nước tiên tiến trên thế giới, từ rất lâu, quá trình thiết kế, chế tạo KCB đã phát triển thành một nền công nghiệp.
Do đó, cơ sở lý thuyết gồm có thiết kế, chế tạo, thử nghiệm. kể cả việc nghiên cứu xác định các ĐTKĐ đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, đầy đủ. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu đối với KCB thông thường thuộc lĩnh vực quân sự quốc phòng nên số lượng công trình nghiên cứu chuyên sâu được không được công bố và phổ biến rộng rãi như một số ngành khoa học khác, đặc biệt là công nghệ, thuật toán, giải pháp, phương pháp áp dụng và những kỹ thuật riêng. Việc nghiên cứu phát triển những cơ sở lý thuyết về đo lường, động lực học bay một cách hệ thống, đồng thời chú trọng đến những thành tựu khoa học và công nghệ cho ra đời các phần mềm chuyên dụng tính toán xác định ĐTKĐ, sử dụng những kỹ thuật tính toán mới (trí tuệ nhân tạo, mạng nơ-ron) hoặc có thể xây dựng những công cụ chuyên dụng (tools) cho phép liên kết với hệ thống tính toán chuẩn (Matlab) để xác định các ĐTKĐ trực tiếp theo thời gian thực [17], [25], [29], [41].
Từ việc phân tích sơ bộ quy trình thiết kế, chế tạo, thử nghiệm KCB có thể thấy rõ tầm quan trọng của việc xác định các ĐTKĐ của KCB. Việc xác định các ĐTKĐ của KCB phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: điều kiện kỹ thuật công nghệ, con người, đối tượng KCB… từ đó phát triển theo nhiều hướng khác nhau. Để có thể khái quát một cách chung nhất về nội dung và phương pháp xác định ĐTKĐ của KCB, trước hết cần nghiên cứu, tóm tắt một số công trình tiêu biểu liên quan đến nội dung khoa học của luận án: 12 Công trình [53] nghiên cứu, xây dựng phương pháp hiệu chỉnh và nhận dạng các ĐTKĐ của loại KCB từ vũ trụ về trái đất, điều kiện chuyển động có tốc độ M từ 10 đến 20. KCB chuyển động có tốc độ cao: M > 10 xuất hiện các bề mặt phân tách và các lớp xoáy, để xây dựng bài toán tổng quát cho đối tượng là loại KCB này thì ngoài mô hình bài toán khí động lực học thì cần phải xét đến mô hình nhiệt động lực học của quá trình chuyển động.
Việc áp dụng lý thuyết tính toán từ hệ quả các phương trình Navier-Stokes và Reynolds không còn phù hợp. Đây là bài toán phức tạp, điều kiện thực nghiệm (thổi mô hình thu nhỏ trong ống) để xác định các ĐTKĐ cũng hạn chế bởi khả năng cho phép thực hiện của thiết bị thử nghiệm trong điều kiện tốc độ chuyển động lớn trong môi trường áp suất thấp rất khó khăn. Từ thực tế như vậy, tác giả của công trình này đã thực hiện theo phương pháp sau: - Xây dựng hệ phương trình toán học mô tả đặc trưng chuyển động của chính đối tượng KCB đó. Hệ phương trình này có xét đến những đặc điểm chuyển động ở điều kiện độ cao 10 ÷ 90km, tốc độ lớn nhất 7000m/s.
- Các tham số đo đạc từ hệ thống cảm biến theo thời gian được ghi lại từ quá trình thực nghiệm gồm có: các thành phần quá tải, góc chuyển động và các tham số điều khiển… Trong quá trình tính toán, tác giả xem đây là số liệu chuyển động chuẩn hay số liệu thực nghiệm của KCB trong thực tế. Số liệu này làm đầu vào để so sánh với kết quả bài toán tính toán các ĐTKĐ của KCB do tác giả xây dựng. - Tác giả cũng đã phân tích các phương pháp xác định, nhận dạng ĐTKĐ của mô hình bài toán lý thuyết, xây dựng mô hình toán học và sử dụng phương pháp lặp: bằng cách điều chỉnh các ĐTKĐ trong bài toán lý thuyết theo hướng có lợi và lặp lại quá trình giải cho đến khi kết quả thỏa mãn điều kiện hội tụ và đạt được độ chính xác cần thiết khi so sánh kết quả với số liệu thực nghiệm. 13 Công trình [33] giới thiệu một số nội dung và thuật toán nhận dạng ĐTKĐ của KCB dựa theo các số liệu sau khi ghi lại được từ những chuyến bay thử nghiệm.
Tác giả nhấn mạnh vai trò ĐTKĐ trong quá trình thử nghiệm sau chế tạo, trong quá trình khai thác, sử dụng hoặc trang bị thêm các thành phần phụ trợ có ảnh hưởng đến hình dạng khí động của KCB. Tập trung khảo sát dạng chuyển động theo kênh dọc thông qua hàng loạt các số liệu ghi nhận lại được theo thời gian. Việc khảo sát dạng chuyển theo kênh dọc cho phép nghiên cứu và xác định một số ĐTKĐ của KCB. Ví dụ mối quan hệ phụ thuộc giữa hệ số lực nâng CL với tham số góc tấn α và tốc độ chuyển động M được phân tách thành phần riêng biệt: CL(α, M.) = CL0(M) + ΔCLδa(α, δa, M) + ΔCLδH(α, δH, M) + + ΔCLδF(α, δF, M) Trong đó các tham số CL, CL0, ΔCLδa, ΔCLδH là các ĐTKĐ tương đương với các ĐTKĐ Cy, Cy0, C y , C y CLDC trong luận án, ΔCLδF là ĐTKĐ xét đến sự thay đổi góc mép cánh nâng.
Quá trình xác định ĐTKĐ là việc áp dụng kỹ thuật và thuật toán nhận dạng thích nghi để xác định các ĐTKĐ trong phương trình lực cản, lực nâng theo các hàm độc lập đã được phân tách dựa trên một ngân hàng dữ liệu có sẵn – là các số liệu ghi lại trong những chuyến bay. Về mục đích của công trình này và luận án khá giống nhau nhưng phương pháp hoàn toàn khác nhau. Phương pháp toán học của công trình này đưa ra phù hợp với việc nhận dạng ĐTKĐ khi khảo sát độc lập từng dạng chuyển động. Tuy nhiên, việc nhận dạng ĐTKĐ theo phương pháp này cần đòi hỏi một hệ chuyên gia kinh nghiệm, thuật toán vẫn sử dụng phương pháp lặp và tính hội tụ của bài toán phụ thuộc vào số bước tính toán trong quá trình lặp.
Kết quả nhận dạng ĐTKĐ của công trình [33] Ngoài những công trình nghiên cứu theo hướng xác định trực tiếp ĐTKĐ, còn một số công trình nghiên cứu theo hướng gián tiếp thông qua phương pháp điều khiển. Công trình [37], [42]: phân tích và đề cập 2 phương pháp hiệu chỉnh, nhận dạng ĐTKĐ: Phương pháp sai số đầu ra: Là phương pháp mô hình hóa, mô phỏng KCB như một đối tượng điều khiển, trong đối tượng đó xây dựng những hàm truyền và các hàm truyền này xem như đã được xác định.
