TÌM HIỂU VÀ NGHIÊN CỨU VỀ TỶ SỐ DẠNG CỦA MÁY BAY

Khi bay cánh của máy bay là bộ phận tạo ra lực nâng lớn hơn trọng lượng của nó để máy bay có thể cất cánh. Hình dạng và kích thước cánh của cả chim và máy bay xác định cách chúng có thể thực hiện hoặc khả năng của chúng (ví dụ, bay lượn, duy trì tốc độ cao và khả năng cơ động). Một cách mà hình dạng của cánh có thể được mô tả là thông qua tỷ số dạng của cánh Tỷ số dạng cánh Tỷ lệ chiều dài của cánh với chiều rộng của chúng được gọi là tỷ số dạng. Tỷ số dạng cao cho thấy đôi cánh dài và hẹp. Tỷ số dạng thấp cho thấy cánh ngắn, rộng. Tỷ số dạng = chiều dài cánh bình phương (m2) Diện tích cánh (m2) Có thể được viết lại = chiều dài sai cánh (m) dây cung trung bình (m)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ************* BÁO CÁO TÌM HIỂU VÀ NGHIÊN CỨU VỀ TỶ SỐ DẠNG CỦA MÁY BAY Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tuấn Nguyễn Trọng Bằng Phạm Vinh Quang Giảng viên hướng dẫn: Hoàng Thị Kim Dung HÀ NỘI, 06/2019 MỤC LỤC I GIỚI THIỆU CHUNG Khi bay cánh máy bay phận tạo lực nâng lớn trọng lượng để máy bay cất cánh Hình dạng kích thước cánh chim máy bay xác định cách chúng thực khả chúng (ví dụ, bay lượn, trì tốc độ cao khả động) Một cách mà hình dạng cánh mô tả thông qua tỷ số dạng cánh Tỷ số dạng cánh Tỷ lệ chiều dài cánh với chiều rộng chúng gọi tỷ số dạng Tỷ số dạng cao cho thấy đôi cánh dài hẹp Tỷ số dạng thấp cho thấy cánh ngắn, rộng Tỷ số dạng = chiều dài cánh bình phương (m2) / Diện tích cánh (m2) Có thể viết lại = chiều dài sai cánh (m) / dây cung trung bình (m) Nói chung, cánh có tỷ số dạng cao cho lực nâng cao cho phép bay bền bỉ , cánh có tỷ số dạng thấp tốt cho khả động nhanh chóng II CÁNH TỶ SỐ DẠNG LỚN Cánh tỷ số dạng cực cao (AR = 51,33) tàu lượn động ETA cung cấp tỷ lệ (L / D = 70) Một tàu lượn ASH 31 có tỷ số dạng cao (AR = 33,5) tỷ lệ nâng / cản (L / D = 56) - Ổn định: Cánh hẹp dài giúp máy bay ổn định (Nó giống người chặt chẽ, giữ sào dài thể họ họ dọc theo sợi dây - chiều dài 'cánh tay' giúp cân thể cách thêm khối lượng vào hai bên nó.) - Lực cản gây ra: Cánh dài, hẹp có lực cản so với cánh rộng ngắn Lực cản cảm ứng tạo đầu cánh, nơi khơng khí áp suất cao từ bên cánh bay lên đầu cánh vào vùng áp thấp Nơi gặp gỡ áp lực khơng khí khác trở thành khu vực hỗn loạn tạo lực cản Cánh hẹp dài có cạnh cuối (đầu mút) diện tích cánh ổn định cánh rộng ngắn nên chúng có lực cản - Tiêu thụ nhiên liệu : Có lực cản có nghĩa tiêu thụ nhiên liệu cho máy bay để chúng giữ tốc độ thời gian dài so với cánh bay ngắn III CÁNH TỶ SỐ DẠNG NHỎ Cánh tỷ số dạng thấp (AR = 5,6) Piper PA-28 Cherokee Cánh tỷ số dạng thấp (AR = 1,55) Concorde - Tiêu thụ nhiên liệu cao hơn: Các máy bay cánh ngắn có cạnh đầu cánh lớn hơn, có nghĩa lực cản nhiều Điều có nghĩa chúng chậm trừ chúng có thêm sức mạnh để chống lại lực cản Cần thêm nhiên liệu để giữ chúng tốc độ khơng đổi - Dễ điều khiển hơn: Diện tích cánh ổn định có nghĩa cánh có tỷ tỷ số dạng thấp có khả dễ điều khiển so với cánh có tỷ số dạng cao Ví dụ, chim ưng peregrine kéo cánh vào (tạo tỷ số dạng thấp) cho khả động nhanh chóng - Tỷ số dạng tải trọng cánh kết hợp cho khả bay khác Ví dụ, tỷ số dạng cao kết hợp với tải cánh thấp sử dụng cho chuyến bay chậm lượn bay cao IV ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ SỐ DẠNG 4.1 Thay đổi diện tích cánh A Diện tích cánh đặc điểm hình học lấy đơn giản diện tích bề mặt cánh Diện tích cánh thơng số quan liên quan mật thiết đến tỷ số dạng máy bay Có thể thấy cánh lớn tạo lực cản có trở ngại lớn luồng khơng khí xung quanh máy bay Nhưng máy bay nặng cánh lớn để hỗ trợ trọng lượng chuyến bay Diện tích cánh lớn ảnh hưởng nhiều đến tải trọng máy bay tạo lực cản lớn VÌ để hạn chế điều máy bay phải hoạt động tốc độ cao nên gây tốn nhiên liệu ,… 4.2 Ảnh hưởng tỷ số dạng • Khi tỷ số dạng AR tăng lên đặc tính khí động cánh ba chiều (như CL, αo, s, C Lmax, CD min) tiến gần đến hình dạng cánh hai chiều (như CL, αo, s, C Lmax, CD min) Điều giảm ảnh hưởng xốy đầu cánh • Khi AR tăng lên, độ dốc đường cong nâng cánh (CLα) tăng lên giới hạn lý thuyết tối đa 2π / rad Mối quan hệ độ dốc đường cong nâng cánh 3d (CLα) độ dốc đường cong cánh 2d (CLα) sau: 10 • Khi AR tăng lên, góc thất tốc cánh (αs) giảm xuống góc cánh tăng lên Vì lí mà ngang phải có tỷ số dạng thấp • tỷ số dạng cánh góc cao Khi AR tăng lên, hệ số nâng tối đa cánh (CLmax) tăng phía • hệ số nâng tối đa máy bay (Clmax) Khi AR tăng lên, cánh nặng Lý yêu cầu cho độ cứng cấu trúc Khi cánh dài hơn, trọng lượng cánh lớn gốc cánh có ứng suất cao Như vậy, gốc cánh phải mạnh để giữ cánh dài Điều địi hỏi • cánh nặng Khi tăng lên tỷ số L/D tăng lên : Với: 11 Trong - K hệ số cản cánh, e hệ số hiệu suất sải Oswald CDo hệ số lực cản cảm ứng máy bay Vì lý nàymà tàu lượn có tỷ số dạng lớn cánh dài để tạo lực nâng lớn khơng cần chạy đà cất cánh • Khi AR tăng lên, hiệu ứng xốy ngang bị giảm Xu hướng dòng chảy xung quanh đầu cánh hình thành cuộn xốy tạo đầu cánh Thành phần cuộn xoáy xuống gọi downwash Nếu nằm vùng downwash, góc đuôi bị giảm tượng downwash Điều ảnh hưởng độ ổn định dọc điều khiển dọc máy bay • Khi AR tăng lên, cánh tay đòn điều khiển cánh liệng tăng lên, cánh lái liệng lắp bên ngồi cánh máy bay Điều có nghĩa máy bay • điều khiển nhiều chế độ theo phương ngang Khi AR tăng, mô men quán tính khối lượng máy bay quanh trục x tăng Điều có nghĩa phải nhiều thời gian để chuyển động xoắn Nói cách khác, điều làm giảm khả động máy bay chuyển động xoắn.Chẳng hạn, máy bay ném bom B-52; có nhịp dài; vài giây để xoay tốc độ thấp, máy bay chiến đấu F-16 phần giây để xoay Vì lý này, cánh có AR thấp mong muốn cho máy bay động Các tên lửa siêu chiến thuật có AR thấp khoảng phép họ xoay điều khiển nhanh 12 • Nếu bình nhiên liệu đặt bên cánh, mong muốn có tỷ số dạng AR thấp.Điều giúp có hệ thống nhiên liệu tập trung phân bổ • Khi tỷ số dạng AR tăng độ cứng cánh xung quanh trục y bị giảm Điều có nghĩa xu hướng độ cứng đầu cánh giảm cất cánh tăng lên, xu hướng tăng chuyến bay tốc độ cao lại tăng lên Trong thực tế, việc sản xuất cánh tỷ lệ cao với cường độ cấu trúc đủ khó khăn Cấu tạo cánh quan sát thấy chuyến bay máy bay Voyager (AR = 38,b = 33,8 m) vào năm 1986 chuyến bay phá kỷ lục để vịng quanh tồn cầu mà không tiếp nhiên liệu Sự sụt giảm đầu cánh Voyager feet cất cánh (tốc độ thấp chuyến bay), đầu cánh nâng cao feet chuyến bay (tốc độ cao) Trong trình cất cánh Voyuber, máy bay tăng tốc, đầu cánh, nạp nhiều nhiên liệu, bị hư hại chúng va vào đường băng, cuối làm cho mảnh winglets bị phá vỡ hai đầu Máy bay tăng tốc chậmvà cần khoảng 14.200 feet đường băng để có đủ tốc độ để nâng lên từ mặt đất, đôi cánh cong lên đáng kinh ngạc trước cất cánh Máy bay liên tục nhắc nhở phi cơng bất ổn • mong manh Họ phải điều động xung quanh thời tiết xấu nhiều lần Một ví dụ khác máy bay vận tải Boeing 747 (AR = 7,7, b = 59,6 m) có đầu cánh rơi xuống khoảng feet máy bay mặt đất trước cất • cánh Việc thả wingtip khơng mong muốn, đặc biệt cho thao tác cất cánh, đầu cánh giải phóng mặt quan trọng cho an tồn Vì lý này, cánh AR thấp (ngắn hơn) làmong muốn Một cánh ngắn dễ xây dựng so với cánh dài 13 • Có thể thấy tỷ số dạng lớn máy bay phải bay tốc độ cao Lí giải thích cho điều lực cản CDtot = CDo + CDi Trong : • CDtot : Là lực cản tổng 14 • • CDo : Là lực cản cảm ứng CDi : Là lực cản kí sinh * Lực cản cảm ứng: Là lực cản cánh mà nguyên nhân lực nâng Cánh tạo lực nâng chênh lệch áp suất tồn bề mặt cánh Độ cong bề mặt cánh tạo sụt giảm áp suất so với bề mặt dưới, tạo dải áp suất hai bên Khơng khí chuyển từ áp suất cao tương đối sang vùng áp thấp Sự chênh lệch áp suất hai bề mặt cánh dẫn đến việc tạo lực hướng lên mà gọi lực nâng Ở đầu cánh tồn chênh lệch áp suất hai bề mặt, nhiên khơng có cản trở chuyển động khơng khí từ bề mặt lên Chính lí mà bề mặt cánh thường có tượng xốy đầu mút CDo = k cánh Trong đó: Cl lực nâng tổng cánh AR: Tỷ số dạng, 15 - V • Để hạn chế lực cản cảm ứng ta tăng tỷ số dạng cánh Thiết kế cánh có độ thon có chắn đầu cánh Có thể thấy cánh có tỷ số dạng cao trọng lượng cánh nặng ỨNG DỤNG Khi thiết kế cánh dựa vào vận tốc bay để chọn tỷ số dạng: - Bay với vận tốc lớn máy bay qn sự, tiêm kích, … chọn cánh có tỷ số dạng nhỏ 16 - Bay với vận tốc nhỏ tàu lượn chọn cánh có tỷ số dạng lớn với sải cánh dài hẹp • Tổng kết tỷ số dạng số loại máy bay 17 • Ứng dụng số loại máy bay nay: 18  Kết luận: - Tỷ số dạng thông số quan trọng việc thiết kế cánh, việc chọn tỷ số dạng phải phù hợp với dải vận tốc mong muốn, tỷ số dạng lớn vận tốc nhỏ ngược lại - Tỷ số dạng ảnh hưởng trực tiếp đến lực nâng lực cản máy bay 19 ... Một cách mà hình dạng cánh mô tả thông qua tỷ số dạng cánh Tỷ số dạng cánh Tỷ lệ chiều dài cánh với chiều rộng chúng gọi tỷ số dạng Tỷ số dạng cao cho thấy đôi cánh dài hẹp Tỷ số dạng thấp cho thấy... cánh dài hẹp • Tổng kết tỷ số dạng số loại máy bay 17 • Ứng dụng số loại máy bay nay: 18  Kết luận: - Tỷ số dạng thông số quan trọng việc thiết kế cánh, việc chọn tỷ số dạng phải phù hợp với dải... kế cánh dựa vào vận tốc bay để chọn tỷ số dạng: - Bay với vận tốc lớn máy bay qn sự, tiêm kích, … chọn cánh có tỷ số dạng nhỏ 16 - Bay với vận tốc nhỏ tàu lượn chọn cánh có tỷ số dạng lớn với