Nhom 3 Technical report docx ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG Bài Tập Lớn (Group Assignment) THIẾT KẾ CHONG CHÓNG (PROPELLER DESIGN ASSIGMENT) Môn học[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG - 🙢 🙫 🙠 - Bài Tập Lớn (Group Assignment) THIẾT KẾ CHONG CHĨNG (PROPELLER DESIGN ASSIGMENT) Mơn học: Hệ thống lực đẩy máy bay Nhóm: 14 Danh sách thành viên: Trần Văn Đức 1811986 Nguyễn Văn Thành 1814026 Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Tiến Anh Học kỳ: HK212 Ngày nộp: 20/4/2022 h LỜI CAM KẾT Chúng em xin cam kết: − Đây báo cáo tập lớn nhóm chúng em thực − Các số liệu, kết báo cáo trung thực chưa công bố cơng trình khác − Các đoạn trích dẫn số liệu kết sử dụng để so sánh báo cáo dẫn nguồn có độ xác cao phạm vi hiểu biết chúng em Trần Văn Đức & Nguyễn Văn Thành h TĨM TẮT Mục đích đề tài đánh giá phương pháp thiết kế chong chóng đơn giản cho tổn thất cảm ứng tối thiểu phương pháp lý thuyết phân tích động lượng theo chiều hướng tâm để đưa thiết kế ban đầu chong chóng nhằm dự đốn hiệu suất làm việc chong chóng thiết bị bay hoạt động cao độ lớn thời gian bay dài (High altitude long endurance flight vehicle) Các phân tích thiết kế bao gồm điều kiện bay từ cất cánh mực nước biển cao độ có khối lượng riêng khơng khí thấp, tốc độ bay thực tế cao số Mach cánh lớn Vì hạn chế kiểm chứng thực nghiệm nên khơng thể đưa thiết kế chong chóng vào hầm gió thử nghiệm đối chiếu với kết dự đoán h LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn Tiến sĩ Trần Tiến Anh - Giảng viên môn Hệ thống lực đẩy máy bay, thuộc Bộ môn Kỹ thuật Hàng không, Khoa Kỹ thuật Giao thông luôn hướng dẫn, hỗ trợ, truyền đạt sở lý thuyết liên quan cung cấp nguồn tài liệu tham khảo đáng tin cậy để chúng em hoàn thành tốt đề tài h MỤC LỤC LỜI CAM KẾT TÓM TẮT LỜI CẢM ƠN Danh mục hình ảnh Danh mục bảng biểu Chú thích ký hiệu GIỚI THIỆU 11 1.1 Tổng quan 11 1.1.1 Giới thiệu HALE UAV 11 1.1.2 Giới thiệu UAV có đơi (Twin-boom UAV) 11 1.2 Giới thiệu OpenProp 12 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Phương pháp phần tử cánh 14 2.1.1 Tích phân tìm hệ số lực đẩy công suất 16 2.1.2 Xấp xỉ lực đẩy 16 2.2 Lý thuyết động lượng phần tử cánh 17 3.3.1 Phương trình dịng hướng tâm 18 3.3.2 Lời giải BEMT phương pháp số 18 CÁC PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ BAN ĐẦU 3.1 Các phân tích ban đầu 20 20 3.1.1 Yêu cầu thiết kế giả định 20 3.1.2 Các ràng buộc thiết kế 21 3.1.3 Thông số cánh quạt 22 3.2 Thiết kế ban đầu 23 3.2.1 Thiết kế cánh quạt ban đầu 23 3.2.2 Lựa chọn biên dạng cánh 24 3.2.3 Dự đoán đặc điểm biên dạng cánh 25 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CÁNH QUẠT SỬ DỤNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS 27 4.1 Sử dụng Airfoiltool để lấy số liệu biên dạng cánh 27 4.2 Xử lý tập tin chứa số số liệu tọa độ 28 4.3 Dựng mơ hình cánh quạt phần mềm Solidworks 28 h 4.4 Mô cánh quạt sử dụng phần mềm Solidworks KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 32 36 5.1 Kết 36 5.1.1 Kết mơ 36 5.1.2 Kết tính tốn số MATLAB 38 5.2 Kết luận 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 42 A Mã nguồn mở OpenProp 42 A.1 Giới thiệu mã nguồn mở 42 A.2 Kết từ OpenProp 42 B Dữ liệu cánh 46 h Danh mục hình ảnh Hình 1.1: Atmospheric satelite [1] Hình 1.2: Twin boom aircraft [2] Hình 2.1: Phần tử cánh hình chữ nhật [3] Hình 2.2: Mơ hình vịng trịn đĩa rô – to [3] Hình 3.1: Mô tả giai đoạn hành trình bay HALE UAV [4] Hình 3.2: HALE UAV [4] Hình 3.3: Phân bố dây cung cánh (theo OpenProp) Hình 3.4: Phân bố góc xoắn (theo OpenProp) Hình 3.5: Phân bố góc khơng có lực nâng theo vị trí r/R Hình 4.1: Giao diện trang web airfoiltool.com Hình 4.2: Tập tin chứa tọa độ điểm biên dạng cánh trước sau xử lý Hình 4.3: Nhập tọa độ thu kết biên dạng cánh Hình 4.4: Phân bố biên dạng cánh theo bán kính cánh quạt Hình 4.5: Dùng lệnh Loft để tạo khối 3D từ phân bố biên dạng cánh Hình 4.6: Mơ hình cánh 3D sau vẽ thêm trục cánh quạt Hình 4.7: Nhân đôi ba cánh quạt lệnh Circular Pattern Hình 4.8: Mơ hình cánh hồn chỉnh Hình 4.9: Hộp thoại bắt đầu Hình 4.10: Hộp thoại Analysis Type Hình 4.11: Thiết lập điều kiện đầu Hình 4.12: Thiết lập miền tính tốn Hình 4.13: Thiết lập quỹ đạo dòng chảy Hình 4.14: Thiết lập kết khác Hình 4.15: Chạy mô Hình 5.1: Kết quỹ đạo dòng chảy Hình 5.2: Phân bố áp suất bề mặt Hình 5.3: Phân bố vận tốc bề mặt Hình 5.4:Phân bố ứng suất tiếp bề mặt Hình 5.5: Kết lực đẩy thông số khác Hình 5.6: Đồ thị hệ số lực nâng Hình 5.7: Đồ thị hệ số mô – men 11 12 14 17 20 21 23 23 25 27 28 29 29 30 30 31 31 32 32 33 33 34 35 35 36 37 37 38 38 39 40 h Danh mục bảng biểu Bảng 3.1: Các thông số máy bay UAV Bảng 3.2: Thông số đầu vào cho thiết kế cánh quạt Bảng 3.3: Phân bố biên dạng cánh Bảng 3.4: Góc tương ứng với lực nâng không biên dạng cánh MH Bảng 3.5: Phân tích hệ số D/L theo biên dạng cánh số Reynolds Bảng 5.2: Bảng kết tính tốn MATLAB 21 22 24 25 26 39 h Chú thích ký hiệu Tên kí hiệu Kí hiệu Đơn vị Áp suất p Pa (bar) Bán kính chong chóng R m Cơng suất P W Diện tích S m2 Độ dốc đường lực nâng a m Góc tới α Góc đặt cánh θ Góc hợp lực khí động học vector lực nâng γ Hệ số áp suất CP _ Hệ số momen xoắn CQ _ Hệ số lực đẩy CT _ Hệ số lực cản CD _ Hệ số lực nâng CL _ Hiệu suất η _ Khối lượng riêng khơng khí ρ Kg/m3 Lực nâng L N δL N D N δD N Lực đẩy T N Lực khí động học δr N δQ/r N r m Lực nâng phần tử Lực cản Lực cản phần tử Lực cản quay Local propeller element blade radius deg (rad) deg (rad) deg (rad) h Lưu lượng khối lượng 𝑚˙ Kg/s Moment cản quay δQ N.m Số Mach M _ Số vòng quay phút rpm Sải cánh Số vòng quay giây 1/phút b m N or n 1/s Số cánh chong chóng B _ Tốc độ góc Ω Rad/s Tỉ số tổng diện tích cánh chong chóng tổng diện tích đĩa σ _ Vận tốc V m/s Vận tốc tương đối phần tử VR m/s Pitch angle of the wake ϕ Radians 10 h GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan 1.1.1 Giới thiệu HALE UAV Hình 1.1: Atmospheric satelite [1] HALE UAV (High Altitude, Long Endurance UAV) dòng phương tiện bay không người lái Chúng thực nhiệm vụ giám sát độ cao bay 65.000 ft, khoảng thời gian liên tục hàng ngày, hàng tháng chí hàng năm 11 h TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Wikipedia,” [Trực tuyến] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_satellite [Đã truy cập 12/4/2022] [2] “Aviation,” [Trực tuyến] Available: https://aviation.stackexchange.com/questions/30365/what-are-the-disadvantages-of-a -twin-boom-aircraft [Đã truy cập 12/4/2022] [3] J Leishman, Principle of helicopter aerodynamics, New York: Cambridge University Press, 2006 [4] J S Monk, “A propeller design and analysis capability evaluation for high altitude application,” 2010 12 h PHỤ LỤC A Mã nguồn mở OpenProp A.1 Giới thiệu mã nguồn mở 13 h