20211-DACN-DangVanBacNgoQuangAnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Thiết kế mô kiểm tra sơ đặc tính khí động mơ hình ơtơ bay thu nhỏ ĐẶNG VĂN BẮC bac.dv171046@sis.hust.edu.vn NGÔ QUANG ANH anh.nq171008@sis.hust.edu.vn Chuyên ngành Kỹ thuật hàng không Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Hồng Thị Kim Dung Nhóm chun mơn: Khoa: Kỹ thuật hàng khơng vũ trụ Cơ khí động lực HÀ NỘI, 2/2022 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Thông tin sinh viên Sinh viên Họ tên: Đặng Văn Bắc Điện thoại: 0961456647 Lớp: Kỹ thuật hàng không K62 Sinh viên Họ tên: Ngô Quang Anh Điện thoại: 0389901325 Email: bac.dv171046@sis.hust.edu.vn Hệ đào tạo: Chính quy Email: anh.nq171008@sis.hust.edu.vn Lớp: Kỹ thuật hàng khơng K62 Hệ đào tạo: Chính quy Đồ án mơn học thực tại: Nhà T-207 Thời gian làm ĐACN: - Ngày giao nhiệm vụ - Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 04/09/2021 : 20/02/2022 Mục đích nội dung ĐACN Đồ án môn học nhằm giúp sinh viên tiếp cận, tiếp thu kiến thức, nghiên cứu, thiết kế sơ mơ hình tơ bay thu nhỏ, kiểm tra sơ đặc tính khí động số tốn mơ kiểm tra sơ khí động học Các nhiệm vụ cụ thể ĐACN - Tổng quan ô tô bay; - Nghiên cứu, khảo sát thị trường, đưa quy trình thiết kế, tính tốn thiết kế sơ mơ hình tơ bay; - Sử dụng phần mềm ANSYS FLUENT để mô kiểm tra sơ đặc tính khí động mơ hình sơ thiết kế Các tốn mơ kiểm tra bao gồm: ▪ Bài tốn dịng chảy qua cánh quay nhiều cánh quay chế độ bay treo; ▪ Bài tốn dịng chảy qua tơ chế độ đi; ▪ Bài toán kiểm bền cánh quay FSI chiều Lời cam đoan sinh viên: Chúng – Đặng Văn Bắc Ngô Quang Anh – cam kết ĐACN cơng trình nghiên cứu thân chúng tơi hướng dẫn PGS TS Hồng Thị Kim Dung Các kết nêu ĐACN trung thực, khơng phải chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội, ngày 22 tháng 02 năm 2022 Tác giả ĐACN Đặng Văn Bắc Ngô Quang Anh Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành ĐACN cho phép bảo vệ: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày….tháng….năm 2022 Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ BAY 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Phân loại 1.3 Lịch sử phát triển .8 1.4 Các mẫu ô tô bay CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ 12 2.1 Quy trình thiết kế .12 2.2 Khảo sát thị trường, chọn mẫu thiết kế 13 2.3 Yêu cầu sản phẩm 14 2.3.1 Tải trọng yêu cầu 14 2.3.2 Các thông số yêu cầu khác .21 2.4 Thiết kế sơ 23 2.4.1 Thiết kế sơ mơ hình .23 2.4.2 Lựa chọn động cơ, cánh quạt 25 2.4.3 Thiết kế khoảng cách cánh quạt thành phần tạo lực nâng 29 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG KIỂM TRA SƠ BỘ 35 3.1 Kiểm tra sơ lực đẩy .35 3.1.1 Phương pháp mô kiểm tra .35 3.1.2 Các tham số ảnh hưởng đến mô kiểm tra lực đẩy cánh 35 3.1.3 Kết mô kiểm tra sơ lực đẩy cánh quạt .42 3.2 Kiểm bền FSI chiều cánh 46 3.3 Kiểm tra khoảng cách cánh quạt (GAP distance) .50 3.4 Kiểm tra thành phần lực cản ô tô chế độ 53 3.5 Kiểm nghiệm lực nâng mơ hình chế độ bay treo .57 3.5.1 Mơ hình mơ 57 3.5.2 Lưới tính tốn 59 3.5.3 Thiết lập toán 60 3.5.4 Kết mô kiểm tra sơ lực đẩy bay treo 61 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65 4.1 Kết luận 65 4.2 Hướng phát triển 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Dạng ô tô bay cất/hạ cánh cần đường băng Hình 1.2 Dạng ô tô bay cất/hạ cánh thẳng đứng Hình 1.3 Ơ tơ bay dạng tích hợp Hình 1.4 Aerocar có cánh gấp lại Hình 1.5 Sky Driver Flying Car Hình 1.6 Vahana Flying Car Airbus 10 Hình 1.7 Aeromobil Flying Car 10 Hình 1.8 Terrafugia TF-X Flying Car 10 Hình 1.9 Moller SkyCar M400 11 Hình 1.10 PAL-V Liberty Flying Car 11 Hình 2.1 Quy trình thiết kế 12 Hình 2.2 Quadcopter UAV 14 Hình 2.3 Các thành phần quadcopter 14 Hình 2.4 Ausle BLDC Brushless Motor for Quadcopter 15 Hình 2.5 Propeller 15 Hình 2.6 Electronic Speed Controler 16 Hình 2.7 Battery 16 Hình 2.8 HolyBro Pixhawk Autopilot Flight Controller & M8N GPS Module Combo for RC Multi-Rotor 17 Hình 2.9 Quadcopter Frame 17 Hình 2.10 Khối lượng khung quadcopter theo đường chéo 18 Hình 2.11 Các thành phần ô tô điện 19 Hình 2.12 Động thành phần ô tô 19 Hình 2.13 Điều tốc tơ điện 20 Hình 2.14 Bộ điều khiển tơ điện 20 Hình 2.15 Servo tơ điện 21 Hình 2.16 Các mẫu ô tô bay dạng bốn cánh quạt cất cánh thẳng đứng 23 Hình 2.17 Cấu hình khung cánh tách rời mơ hình tơ Airbus Flying Car 24 Hình 2.18 Syma X9 Flying Quadcopter Car 24 Hình 2.19 Mơ hình thiết kế sơ 25 Hình 2.20 Thông số động U5 KV400 T-motor 25 Hình 2.21 T-MOTOR 15*5CF Propeller 27 Hình 2.22 Đồ thị tốc độ vòng quay cánh quạt 15*5 theo lực đẩy tạo 28 Hình 2.23 Đồ thị cơng suất theo tốc độ vịng quay cánh quạt 15*5 28 Hình 2.24 Đồ thị hiệu suất theo tốc độ vòng quay cánh quạt 15*5 28 Hình 2.25 Các hình dạng khung gắn cánh quạt phổ biến 29 Hình 2.26 Khoảng cách Gap cánh quạt 30 Hình 2.27 Sự phụ thuộc lực nâng vào khoảng cách cánh quạt (cánh 10in) 31 Hình 2.28 Sơ đồ tính tốn khoảng cách hai tâm bánh xe dẫn động 33 Hình 2.29 Mơ hình tính toán trọng tâm xe 34 Hình 3.1 Cánh quạt dùng mơ 35 Hình 3.2 Đồ thị khảo sát lực đẩy cánh quạt tốc độ quay với ảnh hưởng mô hình rối khơng khí 37 Hình 3.3 Phân bố vận tốc áp suất cánh với trường hợp lưới 39 Hình 3.4 Miền khối khí quay 40 Hình 3.5 Đồ thị khảo sát lực đẩy cánh tốc độ quay với trường hợp kích thước chiều cao miền quay 42 Hình 3.6 Vector vận tốc cánh 43 Hình 3.7 Đường chảy dịng khí qua cánh 44 Hình 3.8 Vector vận tốc qua cánh 44 Hình 3.9 Contour áp suất mặt cắt cánh quạt 45 Hình 3.10 Xốy đầu cánh quay 45 Hình 3.11 Áp suất mặt cánh 46 Hình 3.12 Điều kiện biên kiểm bền cánh 46 Hình 3.13 Thơng số vật liệu cánh: Sợi cacbon tiêu chuẩn 47 Hình 3.14 Remote Displacement 47 Hình 3.15 Gia tốc trọng trường 48 Hình 3.16 Đặt vận tốc góc 48 Hình 3.17 Đặt trọng lượng cánh 48 Hình 3.18 Áp suất tác động từ Fluent 49 Hình 3.19 Tổng biến dạng cánh 49 Hình 3.20 Tổng ứng suất cánh 50 Hình 3.21 Đồ thị tổng lực nâng hai cánh quạt ảnh hưởng khoảng cách 51 Hình 3.22 Đồ thị tổng lực nâng hai cánh quạt ảnh hưởng khoảng cách 52 Hình 3.23 Ảnh hưởng khoảng cách GAP với trường hợp 40 mm trường hợp 90 mm 52 Hình 3.24 Phân bố vận tốc vùng khí quanh khối quay thể ảnh hưởng lẫn cánh quạt 53 Hình 3.25 Áp suất thân ô tô mặt đất 55 Hình 3.26 Contour vận tốc mặt phẳng qua thân 56 Hình 3.27 Streamline mặt phẳng qua thân 56 Hình 3.28 Wake votex (xốy) mơ hình tơ bay đường 57 Hình 3.29 Mơ hình tơ bay dùng mô kiểm tra sơ bay treo 57 Hình 3.30 Miền khối khí quay mơ bay treo 58 Hình 3.31 Miền khí tính tốn tĩnh mơ kiểm tra sơ bay treo 58 Hình 3.32 Lưới tính tốn mơ kiểm tra sơ bay treo 59 Hình 3.33 Lưới miền khí quay 59 Hình 3.34 Các lớp lưới infalation sát mặt cánh 60 Hình 3.35 Điều kiện biên tốn mơ kiểm tra sơ bay treo 61 Hình 3.36 Đường dịng bay treo 62 Hình 3.37 Phân bố vận tốc dịng khí mặt phẳng cắt qua cánh trước mơ hình 63 Hình 3.38 Vector vận tốc mặt phẳng qua cánh quạt trường hợp 6500rpm 63 Hình 3.39 Vector vận tốc mặt phẳng qua hai cánh trước tốc độ 6500rpm 64 Hình 3.40 Áp suất tác động lên thân mơ hình bay treo 64 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 So sánh ưu nhược điểm dạng ô tô bay Bảng 2.1 Khối lượng mẫu khung quadcopter thị trường 18 Bảng 2.2 Bảng khảo sát tốc độ số mơ hình RC Car 22 Bảng 2.3 Bảng khảo sát tốc độ số mơ hình drone 22 Bảng 2.4 Bảng khảo sát độ cao trướng ngại vật để đưa trần bay mơ hình tơ bay 23 Bảng 2.5 Thông số động U5 KV400 26 Bảng 2.6 Thông số động chọn cánh quạt kèm hoạt động 26 Bảng 2.7 Thông số cánh quạt 15*5 CF Propeller 27 Bảng 2.8 Bảng khảo sát kích thước số mẫu tô điện 32 Bảng 3.1 Lực đẩy cánh quạt ảnh hưởng ba mơ hình rối 36 Bảng 3.2 Bảng khảo sát trường hợp lưới đến lực nâng cánh 38 Bảng 3.3 Kết lực đẩy cánh tốc độ quay với trường hợp chiều cao miền khí quay rotating domain 41 Bảng 3.4 So sánh lực đẩy cánh quạt tạo so với nhà sản xuất 43 Bảng 3.5 Lực nâng cánh quạt so với khoảng cách GAP tốc độ 50 Bảng 3.6 Hệ số khí động diện tích cản diện số tơ 54 Bảng 3-7: Lực khí động thân ô tô bay 54 Bảng 3.8 Thông số lưới mô kiểm tra sơ bay treo 60 Bảng 3.9 Lực nâng mô tổng mơ hình bay treo 62 LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu lại nhân loại ngày tăng mạnh Cùng với phát triển hạ tầng đô thị gia tăng chóng mặt dân số giới phương tiện giao thơng Giải tồn tắc nghẽn, ý tưởng xe biết bay đời Mong muốn cho đời xe vừa chạy ngồi đường, vừa cất cánh, nhiều nhà khoa học dành tâm huyết đầu tư nghiên cứu đời ơtơ bay Khơng cịn xuất truyện tranh hay phim khoa học viễn tưởng, ô tô bay trở thành thực kỳ vọng phương tiện giao thông quan trọng tương lai Với mong muốn tìm tịi học hỏi, tiếp thu tri thức liên quan đến thiết kế mơ hình tơ bay đó, chúng em bắt tay vào thiết kế sơ mơ hình tơ bay, để từ phần làm tiền đề thiết kế cho ý tưởng ô tô bay sau Nội dung đồ án tập trung vào bước thiết kế sơ ban đầu quy trình thiết kế mẫu ô tô bay mô kiểm tra sơ mơ hình thiết kế Trong đó, bước mơ phỏng, kiểm tra sơ bộ, chúng em tập trung nghiên cứu đặc tính khí động cánh quạt quay mơ hình tơ bay; số tốn mơ mơ hình tơ bay số chế độ hoạt động Từ xác định xem mơ hình thiết kế có thỏa mãn u cầu đặc tính khí động tơ bay hay khơng Việc nghiên cứu thiết kế mơ hình tơ bay tốn lâu dài khó khăn Nên với nội dung đồ án chuyên ngành này, chúng em đưa ramột nhìn tổng quan thiết kế tơ bay Chính thế, đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy nhận xét đưa ý kiến góp ý để chúng em làm tốt