BÀI TẬP VỀ NHÀ Môn học Cơ học bay 2 Chủ đề Phân tích hệ số đạo hàm ổn định của máy bay

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG - 🙢 🙫 🙠 - BÀI TẬP VỀ NHÀ Môn học: Cơ học bay (201704) Chủ đề: Phân tích hệ số đạo hàm ổn định máy bay Danh sách thành viên: Nguyễn Thị Anh Thy Trần Hải Đăng Nguyễn Hữu Duy Quang Giảng viên: PGS TS Ngô Khánh Hiếu Ngày nộp: 11/10/2021 1710325 1710068 1710256 BÀI LÀM Trong đó: : Diện tích cánh : Độ rộng cánh : Dây cung cánh trung bình cánh : Khoảng cách (theo theo trục z) từ tâm khí động gốc cánh đến đường trung tâm thân máy bay : Chiều dài thân máy bay : Bề rộng thân máy bay : Diện tích sau : Bề rộng đuôi sau: : Dây cung cánh trung bình sau : Khoảng cách từ trọng tâm máy bay đến tâm khí động cánh ngang : Diện tích elevator : Diện tích aileron : Diện tích flap : Diện tích đứng : Diện tích rudder : Moment quán tính theo trục y The stability derivatives of the STOL De Havilland Canada: With respect to a change in forward speed: - Với lực theo phương X, tìm trên: - Xét - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương X (gồm có lực đẩy động lực cản, chiếu theo chiều dương trục X F X = lực đẩy – lực cản) biên thiên thành phần vận tốc theo phương X Bình thường khơng có nhiễu lực cân với , máy bay bay ổn định Giả sử máy bay gặp tác động nhiễu giảm vận tốc - giả sử thì: - Hệ số phản ánh tính ổn định máy bay Nghĩa lực đẩy > lực cản, có độ dư lực giúp kéo máy bay tăng tốc lên để vượt qua nhiễu trở lại trạng thái bay cân ổn định - Với lực theo phương Z, tìm trên: - Giả sử máy bay bay với vận tốc thấp bỏ qua ảnh hưởng số Mach, nên: - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Z (gồm có lực nâng trọng lực, chiếu theo chiều dương trục Z F Z = trọng lực – lực nâng) tác động nhiễu biến thiên thành phần vận tốc theo phương X Bình thường khơng có nhiễu lực cân với , máy bay bay ổn định Giả sử máy bay gặp phải nhiễu động làm giảm vận tốc - - - Hệ số phản ánh tính ổn định máy bay Nghĩa lực nâng < trọng lực, máy bay bị giảm cao độ, máy bay có phần dư Phần lượng giúp máy bay tăng lại vận tốc, trở lại cao độ cũ sau hết nhiễu Với pitching moment, tìm trên: (Đối với máy bay có vận tốc thấp ) - Hệ số thể biến thiên thành phần pitching moment biến thiên thành phần vận tốc theo phương X - Đối với máy bay bay vận tốc thấp Chứng tỏ máy bay gặp tác động nhiễu làm tăng giảm vận tốc bay thành phần pitching moment máy bay quanh trọng tâm khơng thay đổi Điều phản ánh tính chất ổn định máy bay Vì trọng tâm máy bay nằm trục X, có thành phần lực tác động dọc theo trục khơng thể làm thay đổi moment - With respect to a change in angle of attack: - Với lực theo phương X, tìm trên: - Airplane lift curve slope: - Nên: - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương X (gồm có lực đẩy lực cản, chiếu lên chiều dương trục X F X = lực đẩy – lực cản) biến thiên thành phần góc tới máy bay Máy bay trạng thái ổn định lực cân Giả sử máy bay chịu nhiễu động làm cho góc tới thay đổi lượng , làm cho máy bay có xu hướng ngóc đầu lên - - - Hệ số thể đặc trưng ổn định máy bay , tức lực đẩy > lực cản Khi đó, máy bay có độ dư lực giúp kéo máy bay tăng tốc lên, nhờ mà giảm góc tới, giúp máy bay trở lại trạng thái ổn định Với lực theo phương Z, tìm trên: - - - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Z (gồm có lực nâng trọng lực, chiếu theo chiều dương trục Z F Z = trọng lực – lực nâng) biến thiên thành phần góc tới máy bay Máy bay trạng thái ổn định lực cân bằng, máy bay giữ nguyên cao độ bay Giả sử máy bay chịu nhiễu động làm cho góc tới thay đổi lượng , tức máy bay có xu hướng ngóc đầu lên Hệ số thể đặc trưng ổn định máy bay , tức lực nâng > trọng lực Khi đó, máy bay có phản ứng: Do dư lực nâng, nên thân máy bay có xu hướng nâng lên làm tăng cao độ bay Tuy nhiên xu hướng diễn chậm Dư lực nâng sau kết hợp với cánh tay địn tạo moment tức tác động làm dìm đầu máy bay xuống - Với pitching moment, tìm trên: - Hệ số thể biến thiên thành phần pitching moment biến thiên thành phần góc tới máy bay Giả sử máy bay chịu nhiễu động làm cho góc tới thay đổi lượng , tức máy bay có xu hướng ngóc đầu lên - Hệ số phản ánh tính đặc trưng ổn định máy bay Khi đó, pitching moment máy bay giảm tác động làm dìm đầu máy bay xuống giúp cân máy bay ổn định With respect to a change in time rate of angle of attack: - Thành phần theo phương Z: - Ta có: - - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Z (gồm có trọng lực lực nâng, chiếu lên chiều dương trục Z F z = trọng lực – lực nâng) tác động nhiễu góc tới đến cánh ngang phía sau Tác động tượng “downwash” Giả sử góc tới cánh có nhiễu làm cho máy bay có xu hướng ngóc lên, tương tự vậy, tượng “downwash”, sau thời gian tạo nhiễu cánh ngang phía sau (có tính “trễ” độ nhiễu hơn) - Hệ số thể tính ổn định Khi đó, trọng lực < lực nâng → có độ dư lực nâng cánh ngang phía sau Độ dư lực kết hợp với cánh tay đòn tạo moment làm dìm đầu máy bay xuống giúp ổn định máy bay - Thành phần pitching moment: - Hệ số biểu biến thiên thành phần pitching moment tác động nhiễu góc tới đến cánh ngang phía sau Tác động tượng “downwash” Giả sử góc tới cánh có nhiễu làm cho máy bay có xu hướng ngóc lên, tương tự vậy, tượng “downwash”, sau thời gian tạo nhiễu cánh ngang phía sau (có tính “trễ” độ nhiễu hơn) - - Hệ số thể tính ổn định Khi đó, pitching moment máy bay giảm tác động làm dìm đầu máy bay xuống giúp cân máy bay ổn định With respect to a change in pitching rate, q: Thành phần theo phương Z: - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Z (gồm có trọng lực lực nâng, chiếu lên chiều dương trục Z Fz = trọng lực – lực nâng) biến thiên thành phần vận tốc nhào (pitching rate) - Giả sử máy bay chịu tác động nhiễu làm tăng vận tốc nhào bay có xu hướng xoay quanh Oy làm ngóc đầu lên - Hệ số thể đặc trưng ổn định máy bay , tức lực nâng > trọng lực Khi đó, máy bay có phản ứng: Do dư lực nâng, nên thân máy bay có xu hướng nâng lên làm tăng cao độ bay Tuy nhiên xu hướng diễn chậm Dư lực nâng sau kết hợp với cánh tay địn tạo pitching moment tức tác động làm dìm đầu máy bay xuống - , làm cho máy Thành phần pitching moment: - Hệ số biểu biến thiên thành phần pitching moment máy bay biến thiên thành phần vận tốc nhào (pitching rate) - Giả sử máy bay chịu tác động nhiễu tăng vận tốc nhào có xu hướng xoay quanh Oy làm ngóc đầu máy bay lên - Hệ số thể đặc trưng ổn định máy bay Khi đó, pitching moment máy bay giảm tác động làm dìm đầu máy bay xuống giúp cân máy bay ổn định trở lại With respect to a change in elevator angle, Thành phần theo phương Z: - Ta có: : , làm cho máy bay - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Z ngang thay đổi góc bánh lái độ cao elevator Ở trạng thái tham chiếu, biến thiên thành phần lực không - Giả sử làm cho cánh elevator ngóc lên, lực nâng giảm Tạo độ dư lực theo phương trọng lực, kết hợp với cánh tay đòn tạo pitching moment làm ngóc đầu máy bay lên - Do đó, hệ số thể đặc tính điều khiển máy bay Khi hệ số nên Khi tạo độ dư lực theo phương trọng lực kết hợp với cánh tay đòn tạo moment làm ngóc đầu máy bay lên Xu hướng phản ánh tính chất hoạt động elevator Thành phần pitching moment: - Hệ số biểu biến thiên thành phần pitching moment thay đổi góc bánh lái độ cao elevator Ở trạng thái tham chiếu, biến thiên thành phần lực khơng - Giả sử làm cho cánh elevator ngóc lên, lực nâng giảm Tạo độ dư lực theo phương trọng lực, kết hợp với cánh tay địn tạo pitching moment làm ngóc đầu máy bay lên - Do đó, hệ số nên thể đặc tính điều khiển máy bay Khi hệ số Khi đó, pitching moment máy bay tăng lên làm máy bay có xu hướng quay quanh trục OY ngóc đầu đầu lên Xu hướng phản ánh tính chất hoạt động elevator With respect to a change in sideslip angle, Thành phần theo phương Y: : - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Y thay đổi góc trượt - Giả sử có nhiễu làm cho tức máy bay trượt sang trái tương ứng hệ số nên nghĩa có thành phần lực (quán tính) theo phương Y hướng sang trái chống lại chuyển động trượt sang phải, giúp máy bay ổn định khơng trượt ln Do đó, hệ số bay thể đặc tính ổn định máy Thành phần Yawing moment: - Hệ số biểu biến thiên thành phần yawing moment máy báy thay đổi góc trượt - Khi có nhiễu làm tăng góc sideslip , máy bay có xu hướng xoay đầu sang bên trái Khi thành phần yawing moment tạo moment định hướng dương giúp đưa đầu máy bay quay sang phải, trở vị trí cân Do đó, hệ số thể đặc tính ổn định máy bay Thành phần Rolling moment: - Hệ số biểu biến thiên thành phần rolling moment thay đổi góc trượt - Giả sử có nhiễu làm cho (tăng lên) tức máy bay trượt sang trái, tạo moment xoay dương Khi thành phần rolling moment máy bay tạo moment xoắn âm để khử moment xoay chuyển động yaw, giúp đưa máy bay trạng thái cân Do đó, hệ số máy bay thể đặc tính ổn định With respect to a change in rolling rate, p: Thành phần theo phương Y: - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Y máy bay thay đổi thành phần vận tốc góc xoay (rolling rate) Tuy nhiên, vận tốc góc xoay thay đổi, máy bay xoay quanh trục X ảnh hưởng việc quay trục X không làm ảnh hưởng đáng kể đến thành phần lực theo phương Y tác động lên máy bay mức độ chống lại yaw lớn so với chống lại roll Nên roll, khó yaw lực theo phương Y khơng thay đổi đáng kể Thành phần Yawing moment: - Hệ số biểu biến thiên thành phần yawing moment máy báy thay đổi thành phần vận tốc góc xoay (rolling rate) - Hệ số thể tính ổn định máy bay Khi làm máy bay quay quanh X phía phải, tương ứng lúc nghĩa có yawing moment phía trái Vậy roll phải có yaw moment đẩy sang trái? Điều mâu thuẫn ta định nghĩa roll yaw chuyển động chung với Tuy nhiên mức độ ổn định roll yaw hoàn toàn khác nhau, cụ thể xu hướng chống lại chuyển động yaw lớn xu hướng chống lại chuyển động roll Nghĩa yaw roll dễ xảy đồng thời, roll yaw khó xảy đồng thời mức độ ổn định yaw tốt Lí máy bay bay với vận tốc tương đối cao so với dịng khí 🡺 dịng khí giống giữ muốn giữ cho máy bay chuyển động thẳng 🡺 việc máy bay quay đầu sang trái hay phải khó nhiều so với quay quanh trục song song với dịng khí Thành phần Rolling moment: - Hệ số biểu biến thiên thành phần rolling moment máy báy thay đổi thành phần vận tốc góc xoay (rolling rate) Hệ số thể tính ổn định máy bay Khi có nhiễu làm tăng vận tốc xoay máy bay , hay tạo moment dương theo phương X máy bay Khi đó, thành phần rolling moment tạo moment âm để khử moment xoay này, đưa máy bay trạng thái cân With respect to a change in yawing rate, r: Thành phần theo phương Y: - Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Y máy bay thay đổi thành phần vận tốc góc (yawing rate) Hệ số thể tính ổn định máy bay Khi máy bay chịu nhiễu động làm xuất thành phần vận tốc góc định hướng dương , làm cho máy bay có xu hướng quay đầu qua bên phải Khi với Tức xuất thành phần lực âm theo phương Y kéo đầu máy bay quay trở trạng thái cân bằng, giúp đảm bảo tính ổn định máy bay Thành phần Yawing moment: - Hệ số biểu biến thiên thành phần yawing moment máy báy thay đổi thành phần vận tốc góc (yawing rate) Hệ số thể tính ổn định máy bay Khi máy bay chịu nhiễu động làm xuất thành phần vận tốc góc định hướng dương , làm cho máy bay có xu hướng quay đầu qua bên phải Khi với Tức mặt ổn định sinh yawing moment hướng bên trái giúp hãm lại chuyện này, chống lại tác động nhiễu, làm máy bay cân ổn định Thành phần Rolling moment: - - Hệ số biểu biến thiên thành phần rolling moment máy báy thay đổi thành phần vận tốc góc (yawing rate) Hệ số thể tính ổn định máy bay Khi máy bay chịu nhiễu động làm xuất thành phần vận tốc góc định hướng dương , làm cho máy bay có xu hướng quay đầu qua bên phải Khi với Tức máy bay có xu hướng quay đầu qua bên phải đồng thời máy bay nghiêng phần qua bên phải, phản ánh xu hướng chuyển động máy bay With respect to a change in aileron angle, Thành phần theo phương Y: - - : Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Y máy bay thay đổi góc xoay (aileron angle) Ở trạng thái tham chiếu, biến thiên thành phần lực khơng Sự thay đổi góc aileron khơng có ảnh hưởng đến thành phần lực theo phương Y tác động lên máy bay Vì khả kháng yaw máy bay tốt so với khả kháng roll Hệ số thể khả điều khiển aileron Thành phần Yawing moment: - - Hệ số biểu biến thiên thành phần yawing moment máy báy thay đổi thành góc xoay (aileron angle) Ở trạng thái tham chiếu, biến thiên thành phần lực không Hệ số thể khả điều khiển máy bay Khi máy bay có thành phần góc xoay làm cho máy bay xoay qua bên phải xuất thành phần yawing moment âm sang bên trái, nghĩa máy bay roll sang phải khơng yaw sang phải phản ánh đặc tính điều khiển máy bay Thành phần Rolling moment: - - Hệ số biểu biến thiên thành phần rolling moment máy báy thay đổi thành góc xoay (aileron angle) Ở trạng thái tham chiếu, biến thiên thành phần lực không Hệ số thể khả điều khiển máy bay Khi máy bay có thành phần góc xoay tạo thành phần rolling moment khiến máy bay roll sang bên phải phản ánh đặc tính điều khiển aileron 10 With respect to a change in rudder angle, Thành phần theo phương Y: - - : Hệ số biểu biến thiên thành phần lực theo phương Y máy báy thay đổi thành góc rudder Ở trạng thái tham chiếu, biến thiên thành phần lực không Hệ số thể khả điều khiển máy bay Khi máy bay có thành phần góc xoay tạo thành phần lực theo phương Y ( ) khiến máy bay yaw sang bên phải phản ánh đặc tính điều khiển rudder Thành phần Yawing moment: - - Hệ số biểu biến thiên thành phần yawing moment máy báy thay đổi thành góc rudder Ở trạng thái tham chiếu, biến thiên thành phần lực không Hệ số thể khả điều khiển máy bay Khi máy bay có thành phần góc xoay tạo độ dư lực theo chiều dương trục Y Khi kết hợp với cánh tay địn tạo yawing moment làm cho máy bay có xu hướng quay đầu qua bên trái Hệ số < cho Thành phần Rolling moment: - - thể tính chất điều khiển máy bay Hệ số biểu biến thiên thành phần rolling moment máy báy thay đổi thành góc rudder Ở trạng thái tham chiếu, biến thiên thành phần lực không Hệ số thể khả điều khiển máy bay Khi máy bay có thành phần góc xoay máy bay yaw bên trái tạo độ dư moment xoay dương Khi đó, rolling moment tạo moment xoay âm để cân với thay đổi, thể tính chất điều khiển máy bay  ... cân với , máy bay bay ổn định Giả sử máy bay gặp phải nhiễu động làm giảm vận tốc - - - Hệ số phản ánh tính ổn định máy bay Nghĩa lực nâng < trọng lực, máy bay bị giảm cao độ, máy bay có phần... tốc nhào có xu hướng xoay quanh Oy làm ngóc đầu máy bay lên - Hệ số thể đặc trưng ổn định máy bay Khi đó, pitching moment máy bay giảm tác động làm dìm đầu máy bay xuống giúp cân máy bay ổn định. .. lượng , tức máy bay có xu hướng ngóc đầu lên - Hệ số phản ánh tính đặc trưng ổn định máy bay Khi đó, pitching moment máy bay giảm tác động làm dìm đầu máy bay xuống giúp cân máy bay ổn định With