Tài liệu Nghiên cứu tương tác khí động lực cánh chính và cánh đuôi ngang có xét đến cân bằng mômen ở chế độ bay bằng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI VINH BÌNH NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC KHÍ ĐỘNG LỰC CÁNH CHÍNH VÀ CÁNH ĐUÔI NGANG CÓ XÉT ĐẾN CÂN BẰNG MÔMEN Ở CHẾ ĐỘ BAY BẰNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI VINH BÌNH NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC KHÍ ĐỘNG LỰC CÁNH CHÍNH VÀ CÁNH ĐUÔI NGANG CÓ XÉT ĐẾN CÂN BẰNG MÔMEN Ở CHẾ ĐỘ BAY BẰNG Ngành Mã số : Kỹ thuật cơ khí động lực : 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Hoàng Thị Bích Ngọc Hà Nội - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng Tác giả Bùi Vinh Bình năm 2019 ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn PGS. TS Hoàng Thị Bích Ngọc đã dành nhiều thời gian, công sức và trí tuệ hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, động viên giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả thực hiện luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy và Tự động thủy khí đã cho tôi những lời khuyên quý báu trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy cô trong Viện Cơ khí động lực, Phòng thí nghiệm Bộ môn Hàng không vũ trụ, các cán bộ trong các cơ quan quản lý của Viện Cơ khí động lực, Phòng Đào tạo đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện các học phần và luận án tốt nhất. Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, những người bạn và đồng nghiệp đã động viên, khích lệ tinh thần và tạo điều kiện để tôi hoàn thành nhiệm vụ. Nghiên cứu sinh Bùi Vinh Bình iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN 7 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 7 1.1.1. Nghiên cứu thực nghiệm 7 1.1.2. Phương pháp số 10 1.1.2.1. Phương pháp kì dị 11 1.1.2.2. Phương pháp giải phương trình vi phân dòng thực 12 1.1.2.3. Phương pháp giải bài toán cân bằng và ổn định tĩnh dọc máy bay 13 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 14 1.3. Kết luận chương 1 15 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phương pháp thực nghiệm 17 17 2.1.1. Mô tả thực nghiệm và nguyên lý đo áp suất 17 2.1.2. Hình dạng, kích thước cánh và công nghệ gia công cánh 18 2.1.3. Đánh giá sai số thực nghiệm 20 2.2. Phương pháp kì dị 23 2.3. Phương pháp giải hệ phương trình vi phân dòng thực 26 2.4. Bài toán cân bằng mômen 29 2.4.1. Cân bằng mômen trong chế độ bay bằng 29 2.4.2. Điểm trung hòa và lượng dự trữ ổn định tĩnh dọc 31 2.5. Kết luận chương 2 32 iv Chương 3. DÒNG TRONG VẾT SAU CÁNH MÔ HÌNH 35 3.1. Hiệu ứng chảy vòng tại mút cánh và dòng dạt xuống 35 3.1.1. Kết quả thực nghiệm phân bố hệ số áp suất trên cánh 3.1.2. Kết quả thực nghiệm phân bố hệ số áp suất trên các tiết diện sát mút cánh 3.1.3. Dòng dạt xuống sau cánh xét trên mặt đứng y = const 35 37 39 3.1.3.1. Vận tốc dọc trong vết khí động sau cánh và sự lệch trục vết 40 3.1.3.2. Góc dòng dạt xuống 42 3.1.4. Dòng dạt xuống sau cánh xét trên mặt ngang z = const - Liên hệ giữa dòng dạt xuống và xoáy mút cánh 3.2. Hiệu ứng thành ống khí động ảnh hưởng đến đặc trưng khí động trên cánh 3D 46 51 3.2.1. Kết quả thực nghiệm trên các tiết diện sát thành 52 3.2.2. Kết quả mô phỏng số 55 3.3. Góc dòng dạt xuống xác định bằng phương pháp bán giải tích - So sánh với kết quả số dòng 3D có nhớt 3.3.1. Phương pháp bán giải tích xác định giá trị trung bình của góc dòng dạt xuống (phương pháp bán giải tích 1) 3.3.2. Phương pháp bán giải tích xác định góc dòng dạt xuống biến đổi theo phương x và phương z (phương pháp bán giải tích 2) 3.4. Kết luận chương 3 Chương 4. KHÍ ĐỘNG LỰC TƯƠNG TÁC CÁNH CHÍNH VÀ CÁNH ĐUÔI NGANG MÔ HÌNH 4.1. Ảnh hưởng dòng dạt sau cánh chính tới cánh đuôi ngang với sự thay đổi góc tới cánh chính 4.1.1. Thực nghiệm đo áp suất trên cánh đuôi ngang chịu ảnh hưởng dòng dạt xuống sau cánh chính 4.1.2. Dòng sau cánh chính khi có mặt cánh đuôi ngang 4.2. Ảnh hưởng của hệ số dãn dài cánh chính tới khí động cánh đuôi ngang 59 59 60 68 70 70 70 75 78 4.2.1. Kết quả thực nghiệm đo áp suất trên cánh đuôi ngang 78 4.2.2. Kết quả số góc dòng dạt xuống trên mặt đứng qua gốc cánh 80 4.3. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai cánh tới dòng dạt xuống trong vết và khí động cánh chính 81 v 4.4. Nghiên cứu đối với cánh mũi tên và cánh thang xét trên cánh mô hình thực nghiệm 4.5. Áp dụng kết quả nghiên cứu trên mô hình cho nguyên hình 4.5.1. Phân tích thứ nguyên và tương tự đối với lực và mômen khí động bằng sử dụng định lý Vaschy - Buckingham (định lý Π) 4.5.2. Phân tích thứ nguyên và tương tự đối với góc dòng dạt xuống 4.6. Kết luận chương 4 Chương 5. TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỐI VỚI MÁY BAY CÓ XÉT ĐẾN CÂN BẰNG MÔMEN Ở CHẾ ĐỘ BAY BẰNG 5.1. Tính toán khí động lực tương tác cánh chính - thân - cánh đuôi đối với máy bay mô hình 5.1.1. Hiệu ứng giao thoa cánh - thân 85 89 90 92 94 96 98 96 5.1.1.1. Hình dạng và kích thước của máy bay mô hình 96 5.1.1.2. Hiệu ứng giao thoa cánh - thân 98 5.1.2. Hiệu ứng giao thoa cánh - thân và dòng dạt xuống ảnh hưởng tới khí động lực cánh đuôi ngang 5.1.2.1. Hiệu ứng giao thoa cánh - thân ảnh hưởng tới cánh đuôi ngang 5.1.2.2. Hiệu ứng dòng dạt xuống sau cánh chính ảnh hưởng tới cánh đuôi ngang 5.2. Tính toán khí động lực và cân bằng mômen ở chế độ bay bằng đối với máy bay VNT-680 101 101 104 105 5.2.1. Tính toán khí động lực máy bay VNT-680 105 5.2.2. Tính toán cân bằng máy bay ở chế độ bay bằng 108 5.2.2.1. Thay đổi vị trí trọng tâm của máy bay và phương án thay đổi góc đặt cánh đuôi ngang 5.2.2.2. Sự thay đổi vị trí theo phương đứng, diện tích cánh đuôi ngang và phương án thay đổi góc đặt cánh đuôi ngang 108 113 5.3. Kết luận chương 5 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 PHỤ LỤC 131 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu liên quan đến bài toán khí động b Sải cánh (m) c (c) Dây cung của profile cánh (dây cung khí động trung bình của cánh) (m) CL Hệ số lực nâng CL0 Hệ số lực nâng khi góc tấn bằng không độ CLα Đạo hàm hệ số lực nâng theo góc tấn CD Hệ số lực cản CD0 Hệ số lực cản khi góc tấn bằng không độ Cp Hệ số áp suất D Lực cản (N) Di Lực cản cảm ứng (N) Dprofile Lực cản profile (N) Dp Lực cản áp suất (N) Df Lực cản ma sát bề mặt (N) g Gia tốc trọng trường (m/s2) I Tensor đơn vị k Động năng rối L Lực nâng (N) M∞ Số Mach của dòng ở vô cùng p Áp suất tĩnh của dòng (Pa) p∞ Áp suất tĩnh của dòng ở vô cùng (Pa) S Diện tích của cánh (m2) V∞ Vận tốc dòng ở vô cùng (m/s) u, v, w, Thành phần vận tốc lần lượt theo phương x, y, z (m/s) vθ Vận tốc tiếp tuyến trên vòng xoáy (m/s) i (iw, iH) Góc đặt cánh (góc đặt cánh chính, góc đặt cánh đuôi ngang) (độ) α Góc tấn máy bay (angle of attack) (độ) αw, α Góc tới cánh đơn (góc tới cánh chính) (incidence angle) (độ) ε Góc dòng dạt xuống (độ) λ Góc vuốt đường c/4 của cánh (độ) λLE, λTE Góc vuốt mép vào (leading edge) và mép ra (trailing edge) của cánh Λ Hệ số dãn dài của cánh vii µ Cường độ lưỡng cực µt Độ nhớt rối ρ Khối lượng riêng của không khí (kg/m3) σ Cường độ nguồn τ̂ Tensor ứng suất φ Thế vận tốc φσ Thế vận tốc cảm ứng từ nguồn φD Thế vận tốc cảm ứng từ lưỡng cực Các ký hiệu liên quan đến thực nghiệm và phương pháp bán giải tích n Số lần lấy mẫu đo áp suất δ Sai số dụng cụ đo σSD Độ lệch chuẩn (standard deviation) CV Hệ số phân tán (coefficient of variation) Δp (Δp = p - p∞) Độ chênh áp suất tĩnh đo được (Pa) p Giá trị trung bình thực độ chênh áp suất tĩnh (Pa) pi Giá trị độ chênh áp suất tĩnh đo được tức thời lần thứ i (Pa) bw Sải cánh kể cả phần trong thân (m) b'w Sải cánh không kể phần trong thân (m) b 0W Khoảng cách giữa hai xoáy tự do (xoáy mút cánh) của cánh chính kể cả phần trong thân (m) b ' 0W Khoảng cách giữa hai xoáy tự do (xoáy mút cánh) của cánh chính không kể phần trong thân (m) DF Đường kính thân tại vị trí liên kết với cánh chính (m) Kx Hệ số tính đến khoảng cách giữa cánh chính và cánh đuôi ngang theo phương dọc x Kz Hệ số tính đến khoảng cách giữa cánh chính và cánh đuôi ngang theo phương đứng z Kα Hệ số giao thoa khí động giữa thân và cánh chính Π Định lý Vaschy – Buckingham (định lý Π) kL Tiêu chuẩn tương tự hình học kT Tiêu chuẩn tương tự thời gian chuyển động kV Tiêu chuẩn tương tự động học viii ηc, ηc(x) Quy luật phân bố độ vồng đường nhân profile cánh ηt, ηt(x) Quy luật phân bố độ dày profile cánh Các ký hiệu liên quan đến bài toán cân bằng và ổn định tĩnh dọc AC Điểm tâm khí động CG Điểm trọng tâm Cm Hệ số mômen chúc ngóc Cmα Đạo hàm hệ số mômen chúc ngóc theo góc tấn h Khoảng cách giữa hai điểm theo phương đứng (trục z) (m) h W-CG Cánh tay đòn lực cản của cánh chính (m) h F-CG Cánh tay đòn lực cản của thân (m) h H-CG Cánh tay đòn lực cản của cánh đuôi ngang (m) h V-CG Cánh tay đòn lực cản của cánh đuôi đứng (m) l Khoảng cách giữa hai điểm theo phương dọc (trục x) (m) l W-CG Cánh tay đòn lực nâng của cánh chính (m) lF-CG Cánh tay đòn lực nâng của thân (m) lH-CG Cánh tay đòn lực nâng của cánh đuôi ngang (m) lV-CG Cánh tay đòn lực nâng của cánh đuôi đứng (m) LW-H Khoảng cách giữa tâm khí động cánh chính và cánh đuôi ngang theo phương dọc (trục x) (m) m Khối lượng máy bay (kg) M (My) Mômen chúc ngóc (N.m) NP Điểm trung hòa SM Lượng dự trữ ổn định tĩnh dọc vH Tỉ số thể tích của cánh đuôi ngang η Hệ số hiệu quả của cánh đuôi ngang Chữ viết tắt CĐN Cánh đuôi ngang CNC Thiết bị gia công điều khiển bằng máy tính (Computer Numerical Control) EDM Thiết bị gia công bằng xung điện (Electrical Discharge Machining) F.S. Dải đo của thiết bị (Full scale) KQ Kết quả ix LDA Thiết bị Laser ứng dụng hiệu ứng Doppler (Laser Doppler Anemometry) PIV Thiết bị ghi ảnh chuyển động của hạt (Particle Image Velocimetry) TD Tiết diện (mặt cắt của cánh) UAV Máy bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicle) x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 4.1 Bảng 4.2 Bảng 4.3 Bảng 4.4 Bảng 5.1 Bảng 5.2 Bảng 5.3 Bảng 5.4 Bảng 5.5 Bảng 5.6 Bảng 5.7 Bảng PL.1 Bảng PL.2 Kết quả mô phỏng máy bay VNT-680 với góc tấn α = 8 Định nghĩa các thành phần lực và mômen khí động cho tính toán cân bằng máy bay Định nghĩa cánh tay đòn của các thành phần lực Hệ số lực nâng (CL(wall)) có và (CL(sym)) không có hiệu ứng thành tại ba tiết diện gần gốc cánh Góc dòng dạt xuống  tính theo phương pháp số 3D và các phương pháp bán giải tích tại mặt đứng qua gốc cánh y = 0 (tính với zc/4 ) So sánh cơ sở lý thuyết của hai phương pháp bán giải tích 1 và 2 xác định góc dòng dạt xuống  Hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang Hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang (iH-N0012 = 0o) Hệ số lực khí động của cánh đuôi ngang và cánh chính phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai cánh LW-H Bảng thứ nguyên của các biến Tọa độ hình dạng thân máy bay mô hình Hình học và kích thước của cánh chính và cánh đuôi ngang Tọa độ của thân máy bay VNT-680 (mm) Cánh tay đòn của lực nâng và lực cản trên máy bay VNT-680 Các kết quả khí động và cân bằng máy bay VNT-680 tại ba vị trí trọng tâm CG0 (iH2=0o), CG1 (iH2=-2o), CG2 (iH2=2o) (các khoảng cách tính so với mũi máy bay) Lượng dự trữ ổn định tĩnh dọc của máy bay với ba trường hợp vị trí ngang, thấp, cao của cánh đuôi ngang (tương ứng với sự thay đổi góc đặt cánh đuôi ngang) Lượng dự trữ ổn định tĩnh dọc của máy bay với trường hợp thay đổi diện tích cánh đuôi ngang (tương ứng với sự thay đổi góc đặt cánh đuôi ngang) Thông số máy bay IAI Heron (Israel Aerospace Industries (IAI)) (nguồn: Internet) Thông số máy bay VNT-680 o Trang 28 30 30 58 60 63 71 79 81 91 97 105 105 109 112 113 115 136 136 xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1 Xoáy mút cánh và dòng dạt xuống sau cánh [nguồn: Internet] 1 Hình 2 Các thành phần khí động chính của máy bay 2 Hình 3 Lực nâng trên cánh chính, cánh đuôi ngang và trọng lực của 2 máy bay Hình 1.1 Đo áp suất trên lưng cánh (bốn hàng lỗ) [1] 7 Hình 1.2 Đo áp suất trên một mặt cánh (năm hàng lỗ) [2] 8 Hình 1.3 Đo áp suất trên cánh đuôi ngang bằng cảm biến áp suất [3] 8 Hình 1.4 Mô hình mặt nâng (a) [27] và đường nâng (b) [28] 11 Hình 1.5 Đường dòng qua UAV (Ansys Fluent) [31] 12 Hình 1.6 Đường dòng qua máy bay AG-Nel 25 (CFX-Ansys) [41] 13 Hình 2.1 Ống khí động AF6116 17 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý đo áp suất trên cánh thực nghiệm 17 Hình 2.3 Hình dạng và kích thước cánh chính trong thực nghiệm (cánh 19 được làm rỗng chứa được toàn bộ các dây đo áp suất ở trong) Hình 2.4 Hình dạng và kích thước cánh đuôi ngang (rỗng) trong thực 19 nghiệm Hình 2.5 Cánh chính và cánh đuôi ngang gá lắp trong buồng thử ống 19 khí động Hình 2.6 (a) Hệ số áp suất; (b) Vị trí tiết diện 1 (cánh chính Naca 21 4412,  = 14o) Hình 2.7 Độ tin cậy kết quả đo. (a) Giá trị trung bình thực và thanh lỗi 21 (10 lỗ phía bụng TD.1 ( = 14o)); (b1), (c1), (d1) Miền phân tán và hệ số phân tán tại các lỗ 1, 3, 5; (b2), (c2), (d2) Giá trị tức thời của 30.000 dữ liệu đo Hình 2.8 (a) Mô hình đuôi ngang trong buồng thử; (b) Giao diện hiển 22 thị tín hiệu điện (mV) tại lỗ 8 (phía bụng) và lỗ 3 (phía lưng); (c) Áp suất trên tiết diện 1 (hàng lỗ 1) Hình 2.9 Lưới trên mặt cánh 3D và nguồn - lưỡng cực trên một phần 25 tử mặt Hình 2.10 (a) Thế vận tốc trong và pháp tuyến trong điều kiện Dirichlet; (b) Điều kiện tại mép ra của cánh 25 xii Trang Hình 2.11 Xoáy mút cánh trong vết khí động sau cánh 26 Hình 2.12 (a) Lưới trên mặt đối xứng của cánh; (b) Lưới mặt ở phần 27 mút cánh; (c) Lưới trong lớp biên trên mặt cánh Hình 2.13 Lưới chia trên mặt đối xứng của máy bay VNT-680 29 Hình 2.14 Định nghĩa các thành phần lực và mômen khí động cho tính 30 toán cân bằng máy bay (cấu hình máy bay VNT-680 xét trong luận án) Hình 2.15 Vị trí tương quan giữa trọng tâm máy bay và điểm trung hòa 31 Hình 3.1 Cánh chính gá lắp vào thành ống khí động 36 Hình 3.2 (a) Các hàng lỗ đo áp trên cánh (Naca 4412,  = 4o) ; (b) 36 Phân bố 3D của hệ số áp suất Cp trên 11 hàng lỗ đo áp; (c) Phân bố 2D của Cp tiết diện 6 và 8 Hình 3.3 Hệ số áp suất Cp trên cánh chính đơn (Naca 0012,  = 8o). (a) 37 Phân bố 3D của Cp trên 11 hàng lỗ đo áp; (b) Phân bố 2D của Cp tiết diện 7 và 9 Hình 3.4 Hệ số áp suất trên các tiết diện sát mút cánh (Naca 4412,  = 4o) 38 Hình 3.5 Hệ số áp suất trên các tiết diện sát mút cánh (Naca 0012,  = 8o) 38 Hình 3.6 (a) Hệ trục tọa độ xét dòng trong vết; b) Đường dòng qua mặt 39 y = const Hình 3.7 (a) Dạng lõm của profile vận tốc dọc u trong vết trên mặt 40 đứng qua gốc cánh y/b = 0; (b) Hình ảnh đường dòng và đường đồng áp suất trên mặt đứng y/b = 0 và y/b = 1 (Naca 4412,  = 4o, V = 16 m/s) Hình 3.8 Profile vận tốc dọc u/V trong vết sau cánh (y/b = 0) với  = 41 4o, 6o, 8o. (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s Hình 3.9 Profile vận tốc dọc u/V trong vết sau cánh (y/b = 0,8) với  41 = 4o, 6o, 8o. (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s Hình 3.10 Vận tốc đứng (dạt xuống) w/V trong vết sau cánh (y/b = 0). 43 (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s Hình 3.11 Góc dòng dạt xuống trong vết sau cánh (y/b = 0). (a) V = 16 43 m/s; (b) V = 104 m/s Hình 3.12 Góc dòng dạt xuống (dạt lên) trong vết sau cánh (y/b = 0,95). (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s 44 xiii Trang Hình 3.13 Góc dòng dạt xuống (dạt lên) trong vết sau cánh (y/b = 1). (a) 45 V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s Hình 3.14 Góc dòng dạt xuống theo x tại z/c = 0. (a) V = 16 m/s; (b) 45 V = 104 m/s Hình 3.15 Phân bố vận tốc đứng w trên phương sải cánh y (Naca 4412, 46  = 8o, V = 16 m/s). (a) Trên mặt z/c = 0 ; (b) Qua tâm xoáy (z/c = 0,08) Hình 3.16 Đường dòng qua tiết diện mút cánh (Naca 4412 ,  = 4o, V 46 = 16 m/s). (a) Hướng nhìn vào mút cánh; (b) Hướng nhìn vào mép ra của cánh Hình 3.17 Vận tốc dọc biến đổi trên phương y (sải cánh) trên mặt z/c = 47 0 với  = 0o và  = 8o. (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s Hình 3.18 Vận tốc đứng biến đổi trên phương y (sải cánh) trên mặt z/c = 47 0 với  = 0o và  = 8o. (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s Hình 3.19 Góc dòng dạt xuống (dạt lên) biến đổi trên phương y (sải 47 cánh) trên mặt z/c = 0 với  = 0o và  = 8o. (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s Hình 3.20 Vận tốc ngang biến đổi trên phương y (sải cánh) trên mặt z/c 49 = 0 với  = 0o và  = 8o. (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s Hình 3.21 Vận tốc tiếp tuyến vòng xoáy v/V. (a) z/c = 0,  = 0o và  49 = 8o, V = 16 m/s; (b) z/c = 0,  = 0o và  = 8o, V = 104 m/s; (c) vmin/V tại x/c = 8,5, y/b = 0,948, z/c = 0,  = 8o, V = 16 m/s; (d) v/V biến đổi trên phương x tại y/b = 0,948 , z/c = 0,  = 8o, V = 16 m/s Hình 3.22 Vận tốc ngang, vận tốc đứng, vận tốc tuyến tiếp tuyến vòng 50 xoáy với  = 2o,  = 4o, V = 16 m/s (tại zc/4) Hình 3.23 Vị trí tiết diện 1 và tiết diện 2 sát thành ống khí động 52 Hình 3.24 Hệ số áp suất tại hai tiết diện TD. 1 và TD. 2 (Naca 4412). (a) 53  = -4o; (b)  = 4o Hình 3.25 Hiển thị dòng trên lưng cánh (Naca 4412) tại các góc tới  = 53 -4o, 0o, 4o Hình 3.26 Hệ số áp suất tại hai tiết diện TD. 1 và TD. 2 (Naca 4412). (a)  = 14o; (b)  = 18o 54 xiv Trang Hình 3.27 Kết quả mô phỏng, α = 4o. (a) Đường dòng qua mặt A (không có 55 thành ống); (b) Đường dòng qua mặt A (có thành ống); (c) Hệ số lực nâng trên nửa sải cánh; (d) Hệ số áp suất trên tiết diện A Hình 3.28 Kết quả mô phỏng, α = 14o. (a) Đường dòng qua mặt A 56 (không có thành ống); (b) Đường dòng qua mặt A (có thành ống); (c) Hệ số lực nâng trên nửa sải cánh; (d) Hệ số áp suất trên tiết diện A Hình 3.29 Kết quả mô phỏng, α = 18o. (a) Trường áp suất trên mặt A 57 (không có thành ống); (b) Trường áp suất trên mặt A (có thành ống); (c) Hệ số lực nâng trên nửa sải cánh; (d) Hệ số áp suất trên tiết diện A Hình 3.30 Các hệ số lực khí động trong hai trường hợp có và không có hiệu 57 ứng thành ống khí động. (a) Hệ số lực nâng; (b) Hệ số lực cản Hình 3.31 Hệ số giao thoa K theo tỉ số DF/bW (tức dM/l trên đồ thị) [95] 61 Hình 3.32 Góc dòng dạt xuống (Naca 4412,  = 0o) - So sánh kết quả các 62 phương pháp bán giải tích và phương pháp mô phỏng 3D) Hình 3.33 Góc dòng dạt xuống (Naca 4412,  = 2o) - So sánh kết quả các 62 phương pháp bán giải tích và phương pháp mô phỏng 3D) Hình 3.34 Góc dòng dạt xuống (Naca 4412,  = 4o) - So sánh kết quả các 62 phương pháp bán giải tích và phương pháp mô phỏng 3D) Hình 3.35 Góc dòng dạt xuống (Naca 4412) theo x tại z/c = 0 và y/b = 66 0. So sánh kết quả các phương pháp bán giải tích và phương pháp mô phỏng 3D Hình 3.36 Góc dòng dạt xuống (Naca 4412) theo x tại z/c = 0; y/b = 0 ; 66 y/b = 0,85; y/b = 0,9. (So sánh kết quả của các phương pháp) Hình 4.1 Gá lắp tổ hợp cánh chính và cánh đuôi ngang trong ống khí động 70 Hình 4.2 Mô hình mô phỏng số đối với tổ hợp cánh chính và cánh đuôi 70 ngang Hình 4.3 (a) Ba hàng lỗ (3 tiết diện) trên cánh đuôi ngang; (b) Hệ số áp 70 suất trên ba tiết diện cánh đuôi ngang (cánh chính có profile Naca 4412, w = 4o) Hình 4.4 Hệ số áp suất trên ba tiết diện cánh đuôi ngang (cánh chính có profile Naca 0012, w = 2o, w = 4o, w = 8o) 72 xv Trang Hình 4.5 (a) Hệ số áp suất trên cánh đuôi ngang đơn; (b) Hệ số áp suất 73 trên cánh đuôi ngang có cánh chính ở trước (Naca 0012, w = 8o); (c) Hệ số lực nâng trên nửa sải cánh đuôi ngang Hình 4.6 Hệ số lực nâng trên nửa sải cánh đuôi ngang (với góc tới 73 cánh chính w = 4o và w = 8o, profile Naca 4412) Hình 4.7 Các dây đo áp suất được luồn vào trong cánh chính và cánh 73 đuôi ngang (hướng nhìn từ bên ngoài ống khí động vào phía gốc cánh) Hình 4.8 Vận tốc dọc sau cánh chính (Naca 4412, w = 4o). (a) Cánh 76 đơn; (b) Tổ hợp cánh chính và cánh đuôi ngang Hình 4.9 Vận tốc đứng sau cánh chính (Naca 4412, w = 4o). (a) Cánh 76 đơn; (b) Tổ hợp cánh chính và cánh đuôi ngang Hình 4.10 Góc dòng dạt xuống sau cánh chính (Naca 4412, w = 4o). (a) 76 Cánh đơn; (b) Tổ hợp cánh chính và cánh đuôi ngang Hình 4.11 Góc dòng dạt xuống trong vết. (a) Cánh đơn (Naca 0012, w 77 = 4o và w = 8o); (b) Tổ hợp cánh chính và cánh đuôi ngang Hình 4.12 Hệ số áp suất trên cánh đuôi ngang. (a) Cánh chính có profile 79 Naca 4412, w = 4o ; (b) Cánh chính có profile Naca 0012, w = 4o Hình 4.13 Góc dòng dạt xuống biến đổi theo z trên mặt qua gốc cánh 80 (tại x/c = 0,5 và x/c = 5) với hệ số dãn dài cánh chính w = 4 và w = 6 Hình 4.14 Góc dòng dạt xuống biến đổi theo x trên mặt qua gốc cánh 80 (tại z/c = 0) với hệ số dãn dài cánh chính w = 4 và w = 6 Hình 4.15 Góc dòng dạt xuống tại xc/4 = 1,25c (y/b = 0) với ba khoảng 82 cách LW-H Hình 4.16 Đường dòng và đường đồng áp suất trên mặt y/b = 0,5 và y/b 82 = 1 (Naca 0012, w = 8o). (a) LW-H = 2c ; (b) LW-H = 2,75c Hình 4.17 Vận tốc dòng dạt xuống w tại xc/4 = 1,25c và đường đồng áp 82 suất trên mặt y/b = 0 (Naca 0012, w = 8o). (a) LW-H = 2c ; (b) LW-H = 2,75c Hình 4.18 Các thành phần vận tốc và góc dòng dạt xuống tại xc/4/c = 1,25 (trên mặt zc/4 , W-N0012 = 8o) với các khoảng cách LW-H = 1,5c ; 2c ; 2,75c 84 xvi Trang Hình 4.19 Góc  với LW-H = 2,75c so sánh với trường hợp cánh chính đơn 84 Hình 4.20 Hệ số lực khí động cánh chính phụ thuộc vào khoảng cách cánh 84 chính và cánh đuôi ngang LW-H Hình 4.21 Vị trí cánh chính và cánh đuôi của máy bay mô hình thực 86 nghiệm. (a) Cánh thang [13]; (b) Cánh mũi tên 45o [14] Hình 4.22 Hình chiếu bằng của cánh chính trong thực nghiệm. (a) Hình 86 vẽ của [13, 14]; (b) Hình vẽ lại dùng trong mô phỏng số Hình 4.23 Hệ số lực nâng của cánh thang  = 0o và cánh mũi tên  = 45o 87 Hình 4.24 Đường dòng trên mặt lưng cánh và các đường đồng áp suất tại mặt 87 qua gốc cánh và mút cánh đối với cánh thang và cánh mũi tên Hình 4.25 Góc  cánh thang và cánh mũi tên. (a) Góc  theo z tại ba vị 87 trí x = const (y = 0) và góc tới  = 4o; (b) với  = 2o; (c) Góc  theo x (tại y = 0 và z = 0) Hình 4.26 Hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang đơn và chịu ảnh hưởng 88 của cánh chính. (a) Cánh thang ; (b) Cánh mũi tên Hình 4.27 Tương tự hình học giữa mô hình và nguyên hình 90 Hình 4.28 Profile vận tốc trong vết lưới cánh máy thủy khí (nguồn: 93 Internet) Hình 5.1 (a) Thân máy bay mô hình trong ống khí động [13]; (b) Kích 97 thước của cánh chính - thân - cánh đuôi của máy bay mô hình [13] Hình 5.2 (a) Lưới trên mặt đối xứng của máy bay mô hình; (b) Hệ số 98 lực nâng; (c) Hệ số lực cản Hình 5.3 Đường dòng trên thân và cánh chính. (a) α = 4o; (b) α = 8o 98 Hình 5.4 Đường dòng trên mặt đi qua gốc cánh với α = 12o. (a) Cánh 99 đơn; (b) Tổ hợp cánh chính - thân Hình 5.5 (a) Hệ số lực nâng trên nửa sải cánh; (b) Hệ số áp suất trên 99 TD. 3; (c) Hệ số áp suất trên TD. 4 Hình 5.6 Hệ số lực khí động trên cánh đơn và tổ hợp cánh - thân. (a) 100 Hệ số lực nâng; (b) Hệ số lực cản Hình 5.7 Đường dòng qua mặt gốc cánh và áp suất phân bố trên cánh 102 đuôi ngang (α = 12o). (a) Máy bay mô hình; (b) Tổ hợp cánh chính - cánh đuôi Hình 5.8 Hệ số lực khí động của máy bay và cách thành phần khí động của máy bay. (a) Hệ số lực nâng; (b) Hệ số lực cản 103 xvii Trang Hình 5.9 Hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang (H tương đương với 103 VH). (a) Đối với cánh đuôi ngang đơn và chịu ảnh hưởng của thân; (b) Đối với cánh đuôi ngang chịu ảnh hưởng của cánh chính và tổ hợp cánh chính - thân Hình 5.10 Hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang đơn và chịu ảnh hưởng 104 của cánh chính Hình 5.11 Cấu hình và kích thước bao của máy bay VNT-680 106 Hình 5.12 Đường dòng. (a)  = 0o; (b)  = 14o 106 Hình 5.13 Hệ số lực khí động của cánh chính đơn máy bay VNT-680. 107 (a) Hệ số áp suất trên nửa sải cánh; (b) Hệ số lực nâng; (c) Hệ số lực cản; (d) Tỷ số CL/CD Hình 5.14 Hệ số lực nâng của cánh chính đơn và cánh chính thuộc máy bay 107 Hình 5.15 Hệ số lực khí động của máy bay và các thành phần khí động. 107 (a) Hệ số lực nâng; (b) Hệ số lực cản Hình 5.16 (a) Vị trí các trọng tâm CG0, CG1, CG2 của máy bay; (b) Các 110 thành phần lực và mômen khí động cho tính toán cân bằng máy bay Hình 5.17 Hệ số mômen chúc ngóc của máy bay và các thành phần khí 110 động (cánh chính, cánh đuôi ngang, cánh đuôi đứng, thân) Hình 5.18 (a) Vị trí tương quan giữa trọng tâm máy bay và điểm trung 110 hòa; (b) Hệ số mômen chúc ngóc đối với điểm trung hòa NP và trọng tâm CG (theo kết quả mô phỏng máy bay VNT-680) Hình 5.19 Vị trí cánh đuôi ngang theo phương đứng. (a) Trường hợp 114 thiết kế (ngang nhau); (b) Cánh đuôi ngang thấp hơn; (c) Cánh đuôi ngang cao hơn Hình 5.20 (a) Hệ số lực nâng cánh đuôi ngang; (b) Hệ số mômen chúc 114 ngóc của máy bay phụ thuộc vào vị trí khác nhau theo phương đứng của cánh đuôi ngang Hình 5.21 Hệ số mômen chúc ngóc của máy bay phụ thuộc vào diện 115 tích cánh đuôi ngang Hình 5.22 Đường dòng qua vùng giao thoa cánh thân. (a) Cánh đuôi ngang nằm ngang (thiết kế); (b) Cánh đuôi ngang thấp hơn; (c) Cánh đuôi ngang cao hơn 116 xviii Trang Hình 5.23 Hệ số mômen chúc ngóc máy bay theo góc tấn khi thay đổi 117 cánh đuôi ngang. (a) Thay đổi vị trí phương đứng; (b) Thay đổi diện tích Hình PL.1 Sơ đồ các bước giải bài toán khí động trên Ansys Fluent 131 Hình PL.2 Độ tin cậy kết quả đo. (a) Vị trí TD.1 trên cánh đuôi ngang; 132 (b) Giá trị trung bình thực và thanh lỗi của 5 lỗ phía bụng TD.1 cánh đuôi ngang (cánh chính Naca 4412 αw = 4o); (c1), (d1), (e1) Miền phân tán và hệ số phân tán tại các lỗ 8, 9, 10; (c2), (d2), (e2) Giá trị tức thời của 30.000 dữ liệu đo Hình PL.3 Độ tin cậy kết quả đo. (a) Vị trí TD.2 trên cánh đuôi ngang; 133 (b) Giá trị trung bình thực và thanh lỗi của 5 lỗ phía bụng TD.2 cánh đuôi ngang (cánh chính Naca 4412 αw = 4o); (c1), (d1), (e1) Miền phân tán và hệ số phân tán tại các lỗ 8, 9, 10; (c2), (d2), (e2) Giá trị tức thời của 30.000 dữ liệu đo Hình PL.4 Độ tin cậy kết quả đo. (a) Vị trí TD.3 trên cánh đuôi ngang; 134 (b) Giá trị trung bình thực và thanh lỗi của 5 lỗ phía bụng TD.3 cánh đuôi ngang (cánh chính Naca 4412 αw = 4o); (c1), (d1), (e1) Miền phân tán và hệ số phân tán tại các lỗ 8, 9, 10; (c2), (d2), (e2) Giá trị tức thời của 30.000 dữ liệu đo Hình PL.5 Độ tin cậy kết quả đo. (a) Vị trí TD.1 trên cánh đuôi ngang; 135 (b) Giá trị trung bình thực và thanh lỗi của 5 lỗ phía bụng TD.1 cánh đuôi ngang (cánh chính Naca 0012 αw = 8o); (c1), (d1), (e1) Miền phân tán và hệ số phân tán tại các lỗ 8, 9, 10; (c2), (d2), (e2) Giá trị tức thời của 30.000 dữ liệu đo Hình PL.6 Máy bay không người lái IAI Heron (nguồn: Internet) 136 Hình PL.7 Máy bay không người lái VNT-680 (luận án nghiên cứu) 136