Hiện tượng của dòng chảy qua profile cánh giữa chế độ Transonic

Phần lớn các máy bay dân dụng hoạt động ở chế độ transonic. Máy bay bay với chế độ cận âm thường có dạng cánh quét swept back, đơn cánh, cánh dưới thân, cánh mũi tên có góc mũi tên lớn, độ dày profile cánh khoảng 10%. Thiết kế hình dạng cánh như trên sẽ giúp giảm bớt lực cản; giúp máy bay ổn định hơn và giảm bớt hiện tượng nhiễu loạn khi thay đổi tốc độ đột ngột. Cánh 3D ở chế độ cận âm thường xuất hiện các vùng dưới âm thanh và vùng siêu âm cục bộ. Chế độ này thường không tối ưu cho các phương tiện bay vì lực cản tăng lên đột ngột so với các chế độ khác

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ──────── * ─────── KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC II Nhóm8: Dịng Transonic cánh 3D Thịnh Thị Hồng Ngọc Sinh viên thực Nguyễn Đức Chí Thành Nguyễn Thành Trung Lớp Kỹ Thuật Hàng Không – K60 Giảng viên hướng dẫn PGS.TS Hoàng Thị Kim Dung HÀ NỘI 6-2019 MỤC LỤC I Sự khác biệt giữa cánh 2D cánh 3D II Cánh 3D hiện tượng cánh 3D Cánh 3D Các tương cánh 3D III 2.1 Sóng va 2.2 Thermal 2.3 Xoáy đầu mũi cánh 10 Dòng Transonic 26 Khái niệm 26 Airfoil 26 Phương Trình tính toán 27 So sánh tượng của dòng chảy qua profile cánh giữa chế độ Transonic và các chế độ khác 29 Ứng dụng 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 DANH MỤC HÌNH ẢNH Ảnh 1: Cánh vô hạn 2D được thử nghiệm hầm gió Ảnh 2: Mơ hình cánh Ảnh 3: Xoáy đầu mút ở cánh 3D Ảnh 4: Biểu đồ lực nâng theo góc tấn Ảnh 5: Thông số cánh Ảnh 6: Ảnh hưởng của số Mach đến góc tới sóng va Ảnh 7: Biểu diễn sóng va thẳng, sóng va xiên qua số Mach Ảnh 8: Tính chất dòng khí xung quanh cánh với số Mach lớn Ảnh 9: HIện tượng nhiệt khí động học bề mặt cánh 10 Ảnh 10: Nguyên nhân hình thành xoáy đầu mút cánh 11 Ảnh 11: Xoáy cánh Delta 11 Ảnh 12: Phân bố áp suất cánh 11 Ảnh 13: Xoáy tạo bởi wingtip 12 Ảnh 14: Dòng chảy cánh và dòng chảy cánh 12 Ảnh 15: Starting Vortex 14 Ảnh 16: Trailing Vortex 15 Ảnh 17: Bound Vortex 15 Ảnh 18: Cường độ xoáy của ống xoáy 17 Ảnh 19: Sợi xoáy với lưu số 18 Ảnh 20: Phác thảo sợi xoáy thẳng vô hạn 19 Ảnh 21: Phác thảo sợi xoáy thẳng bán vô hạn 19 Ảnh 22: Hiệu ứng xoáy cánh hình chữ nhật đơn giản 20 Ảnh 23: Hiện tượng Downwash 20 Ảnh 24: Cánh hữu hạn 3D hình chữ nhật 21 Ảnh 25: Biểu diễn các lực và các góc tấn 22 Ảnh 26: Phân bố lưu số sải cánh 23 Ảnh 27: Upwash và Downwash gây bởi các xoáy 23 Ảnh 28: Hướng vận tốc của Trailing Vortex và Bound Vortex 24 Ảnh 29: Đường nâng 24 Ảnh 30: Phân bố các xoáy móng ngựa chồng lên dọc theo đường nâng 25 Ảnh 31: Dòng cận âm được minh họa bề mặt máy bay 26 Ảnh 32: Sự khác giữa profile cánh cận âm, cánh âm và cánh âm 27 Ảnh 33: Minh họa chế độ dòng chảy nén: (a) Dòng chảy âm subsonic; (b&c) Dòng chảy cận âm transonic; (d) Dòng chảy siêu âm Supersonic; (e) Dòng chảy siêu siêu âm Hypersonic 29 Ảnh 34: Dạng cánh quét sweep back 30 Ảnh 35: Boeing 787 Dreamliner 0.85M (904km/h) 30 Ảnh 36: B52 bay ở vận tốc 0.94M (1000km/h) 30 Ảnh 37: Vùng siêu âm cục 31 Ảnh 38: Biểu đồ thể lực cản theo số Mach 32 Ảnh 39: Biểu đồ thể ảnh hưởng của hóc mũi tên 32 Ảnh 40: Thiết bị chống xoáy cánh máy bay 33 Ảnh 41: Cánh siêu tới hạn 33 Ảnh 42: Mẫu cánh máy bay Transonic Truss- Braces Wing được nghiên cứu 34 I Sự khác biệt giữa cánh 2D cánh 3D Cánh 2D là cánh vô hạn, cánh 3D là cánh hữu hạn Đó cũng là khác biệt tạo nên những đặc điểm riêng của loại cánh Gọi cánh hữu hạn là "3D" bởi khơng khí có thể di chuyển lên và xung quanh wingtip để tạo các xoáy xoáy Dòng chảy xung quanh cánh 2D không thể di chủn chiều thứ ba này Tình h́ng này là không thể xảy với máy bay thực người ta khơng thể chế tạo cánh vô hạn Tuy nhiên, phần của cánh máy bay được thử nghiệm đường hầm gió là cánh 2D các tường của đường hầm ngăn dòng chảy không thể di chuyển xung quanh các đầu Một ví dụ cánh 2D được thử nghiệm hầm gió được hiển thị bên Trong trường hợp này, cánh được gắn theo chiều dọc để sàn và trần ngăn khơng khí có thể chảy xung quanh đầu cánh Ảnh 1: Cánh vô hạn 2D được thử nghiệm hầm gio Để phân biệt cánh 2D và cánh 3D, người ta vào sớ đặc điểm hình dạng của cánh AR là tỷ số dạng của cánh, b là chiều dài sải cánh, S là diện tích cánh, ta có thể phân biệt cánh 2D và cánh 3D sau: AR= (với cánh chữ nhật) ● b>>c - cánh vô hạn ● b dài đáng kể so với c – cánh hữu hạn Ảnh 2: Mô hình cánh ❖ Ảnh hưởng: Sự khác biệt giữa cánh 2D và 3D nằm ở chỗ cánh 3D có phần đầu mút cánh Không khí có áp suất cao sẽ di chuyển xung quanh các đỉnh phía áp suất thấp cánh Chủn động này tạo l̀ng khơng khí xoáy ở đầu mút cánh Ảnh 3: Xoáy đầu mút ở cánh 3D Về mặt khí động hiệu ứng xoáy ở đầu mút cánh này làm giảm lực nâng của cánh Vì vậy, hệ sớ lực nâng của cánh thường 2D tốt so với cánh 3D Ảnh 4: Biểu đồ lực nâng theo goc tấn II Cánh 3D hiện tượng cánh 3D Cánh 3D ❖ Khái niệm Cánh hữu hạn hay còn được gọi là cánh 3D, là cánh khí động có đầu mũi cánh wing tip ở đó xuất các xoáy trailing vortex Điều này khác với cánh vô hạn ( gọi là cánh 2D) Sự khác biện lớn nhất của cánh hữu hạn và cánh vộ hạn cũng là dòng xoáy của khơng khí ở hai đầu mũi cánh máy bay ❖ Các thơng sớ hình học đặc trưng của cánh 3D Ảnh 5: Thông số cánh ● Dây cung, profile ● Diện tích cánh: S ● Sải cánh: b ● Tỉ số thon: �= �_�/�_� ● Tỉ số dang: AR =�^2/� ● Góc mũi tên (+ -) ● Góc nhị diện (+ -) Các hiện tương cánh 3D 2.1 Sóng va ❖ Khái niệm ● Sóng va là loại nhiễu lan truyền di chuyển nhanh tốc độ âm Giống sóng thông thường, sóng va mang lượng và có thể truyền qua môi trường xung quanh được đặc trưng bởi đột ngột Gần không liên tục ● Khi mà khơng khí chủn động tớc độ âm thanh, sóng va sẽ xuất Ảnh 6: Ảnh hưởng số Mach đến goc tới song va ● Sóng va thẳng: mặt sóng va vuông góc phương dòng, vận tốc trước và sau mặt sóng va vuông góc với mặt sóng va ● Sóng va xiên: mặt sóng va tạo với phương dòng góc khác 90 độ, có thay đổi hướng dòng qua mặt sóng va Ảnh 7: Biểu diễn song va thẳng, song va xiên qua số Mach ❖ Đặc điểm Với số mach lớn, góc của sóng va thu hẹp lại, điều này ảnh hưởng nhiều đến tính chất dòng khí xung quanh bề mặt cánh Ảnh 8: Tính chất dịng khí xung quanh cánh với số Mach lớn ● Số Mach: ✔ M0.3: Dòng nén được ✔ M