Nghiên cứu động lực học súng Micro-UZI - Đoàn Văn Đoan

Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực Đào Văn Đoan, “Nghiên cứu động lực học súng Micro-Uzi.” 154 NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC SÚNG MICRO-UZI ĐÀO VĂN ĐOAN Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp xây dựng mô hình tính toán thuật phóng trong và động lực học cho súng ngắn bắn nhanh Micro-Uzi có tính đến ảnh hưởng của rãnh thoát khí và sự thoát khí ở đoạn đầu nòng có đường kính lớn hơn cỡ đạn. Kết quả của bài toán là cơ sở cho việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo súng ngắn bắn nhanh theo mẫu súng Micro-Uzi. Từ khóa: Súng ngắn bắn nhanh, Nòng, Khóa nòng, Thuật phóng trong, Động lực học. 1. MỞ ĐẦU Súng ngắn bắn nhanh 9mm Micro-Uzi do Israel sản xuất để trang bị cho các lực lượng làm nhiệm vụ đặc biệt như: phòng chống bạo loạn, trấn áp tội phạm và được sử dụng trong chiến đấu ở các địa bàn thành thị, khu đông dân cư. Hiện nay súng đã được nhiều nước trên thế giới trang bị cho cả lực lượng quân đội và cảnh sát. Qua nghiên cứu các tính năng chiến kỹ thuật của súng, gần đây Bộ Tư lệnh Đặc công phối hợp với các cơ quan của Bộ Quốc phòng đã nhập khẩu số lượng nhỏ súng loại này và qua thực tế sử dụng cho thấy súng Micro-Uzi đáp ứng được các yêu cầu tác chiến đặc biệt của Bộ đội Đặc công. Các tài liệu tính toán thiết kế súng là các tài liệu mật của Israel không được phổ biến. Do vậy việc xây dựng mô hình để nghiên cứu, tính toán thuật phóng trong và động lực học cho súng Micro-Uzi là cơ sở để khai thác và thiết kế chế tạo súng ngắn bắn nhanh theo mẫu Micro- Uzi nhằm chủ động sản xuất trong nước để trang bị cho các lực lượng vũ trang. Hình 1. Súng ngắn bắn nhanh theo mẫu Micro-Uzi. 2. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC SÚNG MICRO-UZI 2.1. Mô hình bài toán thuật phóng trong Súng được thiết kế hoạt động theo nguyên lý khoá nòng tự do, nạp đạn tự động, súng có thể bắn phát một, bắn liên thanh, sử dụng đạn 9mm Parabellum thường, giảm thanh, súng trang bị cho cá nhân dùng để chiến đấu và tự vệ trong cự ly gần. Súng được đồng bộ kèm theo kính ngắm quang học, ống giảm thanh, đèn tác chiến. 2.1.1. Các giả thiết cơ bản Ngoài các giả thiết cơ bản của bài toán thuật phóng trong [1, 2] áp dụng cho súng hoạt động theo nguyên lý khóa nòng tự do, đối với súng Micro-Uzi do đoạn đầu nòng súng (hình 2) có chiều dài L2 có đường kính d2 lớn hơn cỡ đạn và có thêm 2 rãnh thoát khí nên cần thêm giả thiết về sự phụt khí thuốc thoát qua khe hở giữa đầu đạn và thành nòng súng và qua rãnh thoát khí khi đầu đạn chuyển động qua đoạn L2. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 36, 04 - 2015 155 Hình 2. Mô hình tính toán thuật phóng trong súng Micro-Uzi với đoạn thoát khí L2. - Sự thoát khí thuốc qua rãnh thoát khí theo [3] được tính như sau: Trong đó: - lưu lượng khí thuốc trong lòng nòng có tính đến lượng khí thuốc đã thoát qua khe hở giữa đầu đạn và lòng nòng: G, G1 - lưu lượng khí thuốc thoát qua miệng nòng, lưu lượng khí thuốc thoát qua khe hở giữa đầu đạn và lòng nòng [1]; - tỷ lệ lượng khí chảy qua các rãnh thoát khí - tỷ lệ lượng khí phụt qua rãnh thứ nhất; - tỷ lệ phần khí chảy qua rãnh thứ 2 từ dòng chính, từ số khí còn lại sau khi đã chảy qua rãnh thứ nhất; - hệ số nến dòng khí chảy từ dòng chính qua cửa thoát vỏ đạn; - hệ số nến dòng khí chảy qua rãnh thoát khí; Đối với nòng súng Micro-Uzi có góc =1350 nên ta có ; - diện tích thiết diện ngang của lòng nòng trên đoạn L2; - diện tích thiết diện của rãnh thoát khí; 2.1.2. Hệ phương trình vi phân bài toán thuật phóng trong Từ các giả thiết và mô hình tính toán trên ta xây dựng được hệ phương trình vi phân thuật phóng trong cho súng Micro-Uzi hoạt động theo nguyên lý khoá nòng tự do [1, 4] với kết cấu nòng súng có bậc và rãnh thoát khí L2 (hình 2). Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực Đào Văn Đoan, “Nghiên cứu động lực học súng Micro-Uzi.” 156 Trong đó: l, v - Quãng đường và vận tốc chuyển động tương đối của đầu đạn trong nòng S - Diện tích tiết diện ngang lòng nòng; q - Trọng lượng đầu đạn; ϕ - Hệ số tăng nặng của đầu đạn; z, α, δ, χ, λ, f - Các đặc trưng của thuốc phóng; ω, ωk -Trọng lượng thuốc phóng và trọnglượng khí thuốc trong nòng; p - Áp suất khí thuốc trong lòng nòng; Ik - Xung lượng áp suất khí thuốc; Kt, Kp- Hàm tổn thất nhiệt, hàm tính lưu lượng; W- Thể tích khoảng không sau đáy đạn; Xkn- Độ dịch chuyển của khoá nòng; Ttb- Nhiệt độ trung bình bề mặt trong của nòng; ξi – Các biến điều khiển (bảng 1) Bảng 1. Giá trị các biến điều khiển trong hệ phương trình (1). ξ ξ1 ξ2 ξ3 ξ4 Giá trị 1 0 1 0 1 0 1 1/ϕ Điều kiện p>pc plk ll1 ξ ξ5 ξ6 ξ7 Giá trị 0 1 0 1 0 1 Điều kiện ll1 llr1 llr2 với: pc - Áp suất tống đạn; lk - Chiều dài nòng; l1 - chiều dài nòng kể từ rãnh nòng đến hết đọan l1; lr1, lr2 - chiều dài nòng kể từ rãnh nòng đến các rãnh thoát khí thứ nhất và thứ hai. 2.2. Mô hình bài toán động lực học máy tự động súng Micro-Uzi 2.2.1. Các giả thiết Ngoài các giả thiết cơ bản khi xây dựng phương trình vi phân chuyển động tổng quát của máy tự động [1] thì đối với máy tự động hoạt động theo nguyên lý khóa nòng tự do của súng Micro-Uzi còn có thêm các các giả thiết sau: - Thể tích khoảng không gian sau đáy đầu đạn thay đổi khi khoá nòng bắt đầu chuyển động; - Vỏ đạn và khoá nòng bắt đầu chuyển động khi áp suất đẩy đầu đạn lớn hơn giá trị pc; - Tổn hao khí thuốc xẩy ra chỉ tính khi chảy qua miệng nòng, qua rãnh thoát khí và khe hở giữa đầu đạn và thành nòng ở đoạn L2; Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 36, 04 - 2015 157 - Lực cản rút vỏ đạn Rv ảnh hưởng đến chuyển động của khoá nòng. 2.2.2. Hệ phương trình chuyển động của khoá nòng Từ các giả thiết trên ta xây dựng được hệ phương trình vi phân chuyển động của khoá nòng súng Micro-Uzi hoạt động theo nguyên lý khoá nòng tự do [1]: (2) Trong đó: - Lực cản lò xo khoá nòng; - Lực rút vỏ đạn; - Lực cản băng đạn; Khảo sát kết cấu của súng Micro-Uzi và từ (2) ta có hệ phương trình vi phân chuyển động của máy tự động trong hai hành trình lùi và đẩy lên như sau : Hành trình lùi: (3) Bảng 2. Giá trị các biến điều khiển trong hệ phương trình (3), (4). Hành trình lùi: Dịch chuyển của khoá nòng X = 0...58 mm ξ ξd1 ξd2 ξd3 Giá trị 1 0 1 0 1 0 Điều kiện X ≤ 16 X > 16 X ≤ 33,4 X > 33,4 X ≤ 36,4 X > 36,4 Hành trình đẩy lên: Dịch chuyển của khoá nòng X = 58...0 mm ξ ξd4 ξd5 ξd6 Giá trị 0 1 1 0 0 1 Điều kiện X ≤ 45 X > 45 X ≤ 36, 4 X > 36 ,4 X ≤ 20,4 X > 20,4 Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực Đào Văn Đoan, “Nghiên cứu động lực học súng Micro-Uzi.” 158 Trong đó, Π0dv , Π0ph - lực nén ban đầu của lò xo đẩy về và lò xo phát hoả; Cdv, Cph- độ cứng của lò xo đẩy về và lò xo phát hoả; p - áp suất khí thuốc; S - tiết diện ngang của đáy vỏ đạn; mkn - khối lượng khoá nòng; mph - khối lượng cụm phát hoả; mlxdv; mlxph - khối lượng của lò xo đẩy về và lò xo phát hoả; mvd - khối lượng vỏ đạn; - lực ma sát; k - hệ số ma sát; g - gia tốc trọng trường. Hành trình đẩy lên: (4) Trong đó: md - khối lượng đạn; Ftd - lực tách viên đạn ra khỏi băng đạn; lực ma sát: . 3. GIẢI BÀI TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT QUẢ Sau khi xác định các tham số đầu vào gồm các tham số kết cấu của súng và đạn thực hiện giải gần đúng đồng thời các hệ phương trình thuật phóng (1), (3) và (4) bằng phương pháp Runghe-Kuta bậc 4 ta nhận được kết quả thuật phóng trong và quy luật chuyển động của khóa nòng súng Micro-Uzi (hình 3, 4, 5, 6). Hình 3. Quy luật áp suất và vận tốc theo chiều dài nòng. Hình 4. Quy luật dịch chuyển và tốc độ của khóa nòng theo thời gian. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 36, 04 - 2015 159 Kết quả tính toán cho áp suất lớn nhất: PMax = 2016 bar tại vị trí lPmax =0,04706 dm; sơ tốc đạt được Vo=368,5 m/s phù hợp với tài liệu thiết kế (370m/s). Từ kết quả tính toán ta có chiều dài lùi của khóa nòng Xλ = 58,1 mm, vận tốc lớn nhất của khoá nòng: VknMax = 4,68 m/s, vận tốc của khoá nòng trước khi va chạm với hộp khoá nòng khi lùi và khi đẩy lên Vkn va chạm lui = 2,88 m/s và Vkn va chạm dlen = 2,19 m/s. Kết quả này phù hợp với các giá trị đo được trên súng khi bắn 4. KẾT LUẬN Bài báo đã đưa ra mô hình tính toán động lực học của súng Micro-Uzi hoạt động theo nguyên lý khóa nòng tự do có tính đến ảnh hưởng của sự thoát khí qua khe hở giữa thành trong của nòng và đạn trên đoạn đầu nòng có đường kính lớn hơn cỡ đạn và sự thoát khi qua rãnh thoát khí ở đầu nòng. Kết quả của bài toán phù hợp với tài liệu thiết kế và số liệu đo đạc khi bắn của súng và do đó có thể sử dụng kết quả làm cơ sở cho tư vấn khai thác trang bị và quá trình thiết kế chế tạo súng ngắn bắn nhanh theo mẫu Micro-Uzi. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phạm Huy Chương, “Cơ sở kết cấu và tính toán thiết kế máy tự động”, NXB Học viện Kỹ thuật Quân sự (1988), Hà Nội. [2]. Trần Đăng Điện, “Thuật phóng trong của vũ khí đặc biệt”, NXB Học viện Kỹ thuật Quân sự (1976), Hà Nội. [3]. Bùi Ngọc Hưng (2009), Nghiên cứu động lực học hệ giảm thanh nhiều ngăn lắp trên súng bộ binh khi bắn, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Viện Vũ khí, Hà Nội. [4]. Phạm Huy Chương, “Động lực học vũ khí tự động”, NXB Học viện Kỹ thuật Quân sự (2002), Hà Nội. ABSTRACT DYNAMICS STUDY OF MICRO-UZI RAPID-FIRE PISTOLS This paper presents methods to build computational models of Interior ballistic and dynamics of Micro-Uzi rapid-fire pistols with the potential impact of drainage ditches and the exhaust gas at the beginning of the barrel with diameter larger caliber of bullet. Results of the problem is the basis for the research, design, manufacture Micro-Uzi form. Keywords: Rapid-fire pistols, Barrel, Bolt, Interior ballistic, Dynamics Nhận bài ngày 7 tháng 11 năm 2014 Hoàn thiện ngày 10 tháng 4 năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 4 năm 2015 Địa chỉ: Khoa Vũ khí - Học viện KTQS. Email: doandv77@gmail.com, Đt: 098.96.96.345