THÍ NGHIỆM HÀNG KHÔNG 3 bài báo cáo bài THÍ NGHIỆM máy BAY mô HÌNH bài THÍ NGHIỆM đo LƯỜNG QUÁN TÍNH IMU

BÀI THÍ NGHIỆM MÁY BAY MÔ HÌNH

MÔ TẢ BÀI THÍ NGHIỆM

Bài viết này giúp sinh viên khám phá cấu tạo của máy bay mô hình, tìm hiểu các bề mặt điều khiển và thực hiện các phép đo cùng tính toán dựa trên mô hình hiện có.

Từ đó, có thể làm lại quá trình thiết kế ngược, cũng như hiểu vấn đề đặt ra trong thiết kế và quá trình thiết kế.

Hình 1-1: Mô hình máy bay B-25

2 Phương pháp xác định kích thước và khối lượng: Sử dụng thước cuộn thép và cân điện tử

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

3 Phần mềm sử dụng: Solidworks

TIẾN HÀNH THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM

Hình 1-2: Thông số kỹ thuật của máy bay B-25

Hình 1-3: Cánh chính của máy bay B-25

Hình 1-4: Thân mô hình máy bay B-25

Nhóm bắt đầu bằng việc đo các thông số hình học cơ bản như chiều dài sải cánh, chiều dài thân, dây cung cánh, chiều dài đuôi đứng và đuôi ngang Sau đó, nhóm tiến hành đo vị trí và các thông số liên quan khác.

Tải TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat123@gmail.com để nhận thông tin mới nhất về kích thước các bề mặt điều khiển, giúp dựng lại hình học mô hình một cách chính xác Sau đó, sử dụng phần mềm Solidworks để tái tạo mô hình và ước tính các thông số về khối lượng và trọng tâm.

Nhóm tiến hành đo các thông số như khối lượng và trọng tâm của từng phần, sau đó tiến hành so sánh với kết quả ước tính từ mô hình Solidworks.

Cuối cùng, nhóm đi ước tính các hệ số thể hiện đặc tính khí động học và độ ổn định.

KẾT QUẢ ĐO ĐẠC

Thông số hình học cơ bản Độ ngang Sải cánh Biên dạng Trọng tâm Độ dài thân Độ ngang thân cánh (x_cg) thân phía đuôi

16.5 cm 259 cm NACA Cách đuôi 197 cm 12 cm

Bảng 1-1: Thông số hình học cơ bản

C_root C_tip b h_đặt x_ac x-cg Bán kính cánh từ mũi trên

35 cm 23.5 cm 259 cm 11.5 0.25c Cách đuôi 9.5 cm

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat c_a/c yi - y0 c_f/c mất do c_e c_r h_r động cơ

Bảng 1-3: Thông số Aileron-Flap-Elevator-Rudder Đuôi ngang

C_rh C_th b_h Đáy lớn x đáy bé x bề dày

Bảng 1-4: Thông số đuôi ngang Đuôi đứng

C_rv C_tv h_v Bán kính trên Bán kính dưới

13.4 cm 10 cm 34 cm 5 cm 8 cm

Bảng 1-5: Thông số đuôi đứng Động cơ đường kính đường kính chiều dài khoảng cách 2 đường kính ngoài trong động cơ lớn

16 cm 10.3 cm 70 cm 74 cm 18 cm

Bảng 1-6: Thông số động cơ

Các thông số hình học khác

Mũi đến vị trí đặt đầu mb chiều cao h sau từ mũi tới cánh đuôi ngoài - thân trong trailing của buồng lái trong cánh khúc đuôi

60 cm từ dưới lên 14.5-19.5 27 cm 25.5 cm 26 cm

Bảng 1-7: Các thông số hình học khác

1.3.2 Xây dựng mô hình 3D bằng Solidworks:

1.3.2.1 Mô hình và bản vẽ:

Hình 1-5: Bản vẽ máy bay B-25

Hình 1-6: Bản vẽ 3D nhìn từ trên xuống

Hình 1-7: Bản vẽ 3D nhìn từ đằng trước

Hình 1-8: Bản vẽ 3D nhìn từ bên cạnh

Khối lượng của mô hình thực và mô hình Solidworks có sự chênh lệch lớn do mô hình Solidworks được thiết kế đặc, trong khi mô hình thực rỗng và chứa các bộ phận điều khiển Dù vậy, vị trí trọng tâm của hai mô hình vẫn khá gần nhau.

TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ỔN ĐỊNH

1.4.1 Ước lượng trọng lượng cất cánh của mô hình máy bay khảo sát : 1.4.1.1 Khối lượng cất cánh ước lượng : Để ước lượng trọng lượng của máy bay ta chia máy bay thành các nhóm bộ phận sau:

• Nhóm khung máy bay: cánh, đuôi, thân máy bay.

• Nhóm động cửa: 2 động cơ

• Nhóm thiết bị điều khiển và năng lượng: các hạng mục liên quan đến lắp đặt và vận hành động cơ, hệ thống nhiên liệu (pin).

Khối lượng thực nghiệm của nhóm kết cấu khung máy bay là 10 kg Để đảm bảo lực đẩy và điều khiển cho mô hình máy bay B52, cần sử dụng 2 động cơ điện và một pin có công suất lớn, với tổng trọng lượng khoảng 3 kg.

Nhóm thiết bị hỗ trợ ước lượng khoảng 1 kg.

Tổng kết lại khối lượng cất cánh tối đa của mô hình B52 trong khoảng 14 kg.

1.4.1.2 Ước lượng khối lượng cánh :

Ta ước tính khối lượng cánh bao gồm: skins (tính cả stringers), spars, ribs, fixed trailing edges (flap, aileron support).

1.4.1.3 Ước lượng khối lượng thân: Ước lượng khối lượng thân máy bay bao gồm toàn bộ cấu trúc thân máy bay: tấm vỏ, khung, kết cấu khoang bên trong. l fus 1.97 m h fus 0.27 m w fus 0.165 m d fus 0.27 m

Bảng 1-9 Thông số của thân

1.2982 m fus = 12.7 ( l fus d fus ) 1 − −0.008 + 0.16664 − 0.8501 d fus d fus d fus

1.4.1.4 Ước lượng khối lượng đuôi:

Khối lượng đuôi ngang (HTP – Horizonal Tail Plane) ước tính bao gồm: cánh đuôi ngang từ gốc đến mũi, elevator.

Bảng 1-10 Thông số của đuôi ngang

Khối lượng đuôi đứng (VTP – Vertical Tail Plane) ước tính bao gồm: 2 cánh đuôi đứng từ gốc đến mũi, rudder.

Bảng 1-11 Thông số của đuôi đứng m = 25.056 A 1.0033 = 25.056 (0.08) 1.0033 =1.9 kg

1.4.1.5 Bảng so sánh khối lượng:

Bộ phận Đo được Ước lượng

Thân 5.9 kg Đuôi ngang 1.2 kg Đuôi đứng 1.9 kg

Nhóm kết cấu khung máy bay 10 kg 13.6 kg Động cơ

Càng đáp và bánh xe

4.5 kg Pin và các bảng mạch

Tổng khối lượng cất cánh 14.5 kg 18.1 kg

Theo bảng thông số, sai số giữa phương pháp ước lượng và đo thực tế khoảng 25% Nguyên nhân có thể do sai số trong số liệu thu thập từ mẫu máy bay trong quá trình tính toán ước lượng.

Nhóm đã đo đạc trọng tâm mô hình được là khoảng 0.98 m

Hình 1-9: Nhóm đo đạc để tìm vị trí trọng tâm

Và từ phần mềm Solidwork ta cũng có thể tìm ra được vị trí trọng tâm mô hình

Hình 1-10: Vị trí trọng tâm được tìm trong Solidworks

Vị trí trọng tâm có tọa độ X= 88 cm

1.4.2.2 So sánh trọng tâm của thiết kế đưa ra với trọng tâm mô hình:

Hình 1-11:Dữ liệu thiết kế của máy bay B-25 Mitchell

Tỉ lệ giữa máy bay mô hình và máy bay thực tế rất tương đồng, được xác định qua các phép tính ước lượng và số liệu đo lường Trọng tâm của máy bay thực nằm ở khoảng 33% chiều dài dây cung cánh so với cạnh trước, trong khi đó, máy bay mô hình có trọng tâm ở mức 0.55.

1.4.3 Ước tính lực cản toàn thể của mô hình máy bay khảo sát từ các thông số hình học, thông số khí động: Để ước tính được lực cản toàn thể của máy bay ta thực hiện theo trình tự các mục sau 1.4.3.1 Ước lượng hệ số hiệu suất sải cánh “e” – Oswald Factor Để xác định được lực cản cảm ứng của một cánh hữu hạn ta cần phải có thông số hệ số hiệu chỉnh sải cánh “e” theo công thức.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat e = 1+ 1

Tra đồ thị theo tỉ lệ bình diện cánh AR.

Hình 1-12: Giản đồ xác định hệ số hiệu suất cánh e

Dựa và đồ thị áp dụng công thức nội suy tuyến tính giữ taper ratio.

Vậy ta có giá trị hệ số e: e = 1

1.4.3.2 Tổng quan về lý thuyết công thức xác định hệ lực cản cho cả máy bay

Tương tự như công thức xác định lực cản của cánh, chúng ta có thể ước tính lực cản của máy bay thông qua biểu thức

C D ,0 được hình thành từ lực cản ma sát bề mặt và áp suất tác động từ các bộ phận của máy bay như thân, cánh, đuôi, bộ hạ cánh và động cơ Dữ liệu từ đồ thị trong hình dưới đây sẽ được sử dụng để ước tính giá trị của C D

Hình 1-13: Đồ thị hệ số lực ma sát bề mặt theo Reynolds

Trong trường hợp Re 10 5, lớp biên có thể trở thành lớp biên tầng Khi hệ số Reynolds tăng, lớp biên có khả năng chuyển sang trạng thái rối, dẫn đến sự gia tăng hệ số ma sát bề mặt Khi lớp biên hoàn toàn chuyển sang trạng thái rối, hiện tượng này sẽ trở nên rõ rệt hơn.

- Mô hình máy bay khảo sát xem xét bay với vận tốc thấp V = 25 m / s và độ cao h

= 200 m Tại các thông số khí động cơ bản.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Đại lượng

Trần bay kk - khối lượng riêng của không khí 1.2071

- hệ số nhớt động lực học lưu chất ở sea

Bảng 1-13: Các thông số khí động được khảo sát

Bước tiếp theo tính diện tích ướt các bộ phận của máy bay và ước tính lực cản toàn bộ của máy bay khảo sát.

1.4.3.3 Ước lượng các diện tích cấu hình của máy bay: Để xác định được công thức Drag Polar cũng như là lực cản toàn thể của máy bay khảo sát ta cần xác định các diện tích cấu hình của máy bay.

Các bộ phận máy bay

Diện tính các bộ phận khảo sát

- Diện tích bình diện cánh:

- Diện tích ước của cánh: S ww = 2S w =1.52m 2

- Diện tích bình diện đuôi ngang:

- Diện tích ước đuôi ngang: S = 2S = 0.24m 2 hw h

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Đuôi đứng

- Diện tích bình diện đuôi đứng (gồm 2 đuôi đứng): S v 2h v c v = 2 0.117 0.34 = 0.08m 2

- Diện tích ước đuôi đứng: S vw = 2 S v = 0.16 m 2

Bảng 1-14: Bảng diện tích các bộ phận của máy bay khảo sát

1.4.4 Xác định hệ số lực cản trên từng bộ phận của máy bay khảo sát 1.4.4.1 Cánh máy bay của mô hình B-25 (Wing)

Bước 1: Hệ số ma sát bề mặt hỗn loạn của cánh c f

Hệ số này là một hàm theo số Mach và số Reynolds Xác định số Reynolds đang khảo sát cho máy bay.

Vậy có khả năng lớp biên của cánh đã chuyển sang trạng thái rối.

Xác định số Mach đang khảo sát cho máy bay.

Xác định c f = f (Re, M ) ta tra đồ thị dưới đây

Bảng 1-15: Đồ thị mối quan hệ hệ số ma sát bề mặt theo số Re và số M - Nguồn: Aircraft Design - sách Jam Roskam

Trong trường hợp cơ bản này ta có thể bỏ qua số Mach áp dụng công thức c f = f (Re) cho trường hợp dòng rối: c f = 0.074

Bước 2: Tính Form Factor của cánh

Máy bay B-25 có biên dạng cánh là NACA 23017 Ta thực hiện xác định các thông số để áp dụng tính toán hệ số lực cho cánh ở số Renoylds = 500000.

- Dựa vào tính chất của biên dạng cánh NACA 23017 ta có tỉ số giữa độ dày trung bình và độ dày dây cung cánh trung bình ct

Sử dụng phần mềm XFLR5 xác định được vị trí có độ dày lớn nhất trên dây cung cánh

Hình 1-14: Kết quả xác định thông số của NACA 23017 trên XFLR5 x c m

Vậy ta có hệ số Form Factor – do sự tác động của lực cản áp suất của cánh là:

Bước 3: Xác định hệ số lực cản của cánh

1.4.4.2 Thân máy bay của mô hình B-25 (Fuselage)

Bước 1: Hệ số ma sát bề mặt hỗn loạn của thân c f

Xác định số Reynolds đang khảo sát cho thân.

Lớp biên của thân đã chuyển sang trạng thái rối hoàn toàn Theo công thức mối liên hệ giữa hệ số bề mặt hỗn loạn và số Reynolds (Re), hệ số c f trong trường hợp dòng rối được xác định là 0.074.

Bước 2: Tính Form Factor của thân

Ta có tỉ lệ FR – Fuselage fitness ratio

Hệ số Form Factor của thân được xác định là:

Bước 3: Xác định hệ số lực cản của thân

Lực cản của thân máy bay: D f = 1

1.4.4.3 Phần đuôi ngang của mô hình B-25 (Horizontal tail)

Bước 1: Hệ số ma sát bề mặt hỗn loạn của đuôi ngang c f

Xác định số Reynolds đang khảo sát cho đuôi ngang.

1.789 10 −5 Vậy lớp biên phía sau đuôi ngang rất có thể là dòng chảy tầng

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat123@gmail.com Bài viết áp dụng công thức mối liên hệ giữa hệ số bề mặt hỗn loạn và số Reynolds (Re) trong trường hợp dòng chảy tầng, với giá trị c = 1.328.

Máy bay B-25, đo các kích thước bằng AutoCAD cho đuôi ngang ta có

- Độ dày lớn nhất trên dây cung cánh x

Vậy ta có hệ số Form Factor

Bước 3: Xác định hệ số lực cản của đuôi ngang

Lực cản của đuôi ngang: D h = 1

1.4.4.4 Phần đuôi đứng của mô hình B-25 (Vertical tail)

Bước 1: Hệ số ma sát bề mặt hỗn loạn của đuôi đứng c f

Xác định số Reynolds đang khảo sát cho đuôi đứng.

Lớp biên phía sau đuôi có khả năng là dòng chảy tầng, và có thể áp dụng công thức liên hệ giữa hệ số bề mặt hỗn loạn và số Reynolds (Re) với công thức c f = f (Re) trong trường hợp dòng chảy tầng.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat c = 1.328

Máy bay B-25, đo các kích thước bằng AutoCAD cho đuôi ngang ta có

- Độ dày lớn nhất trên dây cung cánh c m

Vậy ta có hệ số Form Factor

Bước 3: Xác định hệ số lực cản của đuôi ngang

Lực cản của đuôi đứng: D = 1

1.4.4.5 Phần động cơ của mô hình B-25

Theo sách "Aircraft Design" của Jam Roskam, lực cản của động cơ phản lực có thể được ước tính gần đúng bằng một công thức nhất định Việc hiểu và áp dụng công thức này là rất quan trọng trong thiết kế máy bay để tối ưu hóa hiệu suất động cơ.

Hình 1-15: Các thông số ước lượng hệ số lực cản hình dạng của động cơ

- C l 1 = −0.3 : cho trường hợp dộng cơ đặt phía dưới cánh (0.2 cho động cơ đặt trên cánh.

- Các thông số C n , D n là các thông số kích thước của động cơ như sau:

C n vị trí động cơ so với sải cánh C n = C r 1 − 2(1− ) b

• D n = 0.18 m , đo được là đường kính lớn của động cơ

Lực cản của động cơ: D e = 1

1.4.5 Tổng hợp hệ số lực cản của từng bộ phận và tính Drag Polar cho mô hình máy bay B-25 Ước tính Drag Polar cho mẫu máy bay – hiệu suất khí động

- Tổng các hệ số lực cản hình dạng của từng bộ phận trên máy bay

- Hệ số lực cản cảm ứng được xác định thông qua hệ số lực nâng

- Vậy Drag Polar của mô hình B-25 là: C D = 0.024 + 0.037C L 2

- Xác định hiệu quả khí động của mô hình B-25

• Xem xét hệ số lực nâng của mô hình máy bay B-25 ở trạng thái bay bằng Ta có:

• Tổng lực cản được xác định C D = 0.024 + 0.037C L 2 = 0.03

• Hiệu quả khí động khi máy bay bay bằng: L = C L = 0.342 11

D C D 0.03 Ước lượng lực cản toàn thể cho mô hình máy bay

Lực cản toàn thể của máy bay bay ở độ cao 200 m với vận tốc 25 m/s

Khảo sát đồ thị hiệu suất lực cản ở các chế độ lực nâng khác nhau

- Ta có công thức xác định lực nâng phụ thuộc vào sự thay đổi góc tấn

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat a = a 0 a

Mô hình máy bay B-25 với cánh có biên dạng NACA 23017 đã được phân tích bằng phần mềm Xfoil, cho phép chúng ta thu được các đồ thị thể hiện sự thay đổi của lực nâng và momen theo góc tấn ở chế độ Reynolds 500000 Qua việc quan sát các đồ thị này, chúng ta xác định được giá trị L=0 là -1.23.

Hình 1-16: Đồ thị thay đổi đặt tính khí động theo góc tấn từ phần mềm Xfoil

Tiêu đề	Thí Nghiệm Hàng Không 3 Bài Báo Cáo
Tác giả	Diệp Giang Thủy, Khương Huỳnh Anh Huy, Trần Đình Phát, Nguyễn Quốc Phú, Phan Xuân Trường
Người hướng dẫn	Thạc sĩ Đặng Trung Duẩn
Trường học	Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật Hàng không
Thể loại	báo cáo
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	249
Dung lượng	6,31 MB