Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật

Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.Nghiên cứu đàn hồi khí động của cánh vẫy kiểu cánh côn trùng sử dụng mô hình cơ hệ nhiều vật.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ LÊ VŨ ĐAN THANH NGHIÊN CỨU ĐÀN HỒI KHÍ ĐỘNG CỦA CÁNH VẪY KIỂU CÁNH CƠN TRÙNG SỬ DỤNG MƠ HÌNH CƠ HỆ NHIỀU VẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ LÊ VŨ ĐAN THANH NGHIÊN CỨU ĐÀN HỒI KHÍ ĐỘNG CỦA CÁNH VẪY KIỂU CÁNH CƠN TRÙNG SỬ DỤNG MƠ HÌNH CƠ HỆ NHIỀU VẬT Chuyên ngành : Cơ kỹ thuật Mã số : 9.52.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Anh Tuấn PGS.TS Đặng Ngọc Thanh HÀ NỘI - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi Lê Vũ Đan Thanh, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày ……tháng… năm 2023 Tác giả luận án Lê Vũ Đan Thanh LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể hướng dẫn: TS Nguyễn Anh Tuấn PGS.TS Đặng Ngọc Thanh nhiệt tình hướng dẫn, động viên tạo điều kiện thuận lợi giúp hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn thầy đồng nghiệp Bộ môn Cơ học máy/Khoa khí, Bộ mơn Thiết kế Hệ thống Kết cấu Thiết bị bay/Khoa Hàng không vũ trụ đồng chí cán bộ, nhân viên Phịng Sau đại học/Học viện Kỹ thuật Quân tận tình giúp đỡ tơi q trình thực luận án Tơi bày tỏ tình cảm trân trọng biết ơn tới gia đình, người thân bạn bè động viên, khích lệ, giúp đỡ tơi q trình thực luận án Tác giả luận án Lê Vũ Đan Thanh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN i ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU - vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT -viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan thiết bị bay cánh vẫy kiểu côn trùng 1.2 Hiện tượng đàn hồi khí động cánh vẫy kiểu côn trùng 13 1.2.1 Một số đặc trưng khí động lực học cánh vẫy kiểu côn trùng…………… 13 1.2.2 Các phương pháp nghiên cứu đàn hồi khí động cánh vẫy kiểu côn trùng 18 1.3 Cách tiếp cận động lực học hệ nhiều vật để nghiên cứu đàn hồi khí động cánh vẫy 21 1.4 Nghiên cứu tham số động học độ cứng cánh vẫy 22 1.4.1 Ảnh hưởng tham số động học đến khí động lực học cánh vẫy22 1.4.2 Ảnh hưởng độ cứng đến khí động lực học cánh vẫy 26 1.5 Kết nghiên cứu đạt từ cơng trình cơng bố vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 28 1.6 Những nội dung nghiên cứu luận án 29 CHƯƠNG MÔ HÌNH MƠ PHỎNG FSI CHO CÁNH VẪY KIỂU CƠN TRÙNG 31 Đặt toán 31 2.1.1 Các hệ trục tọa độ 32 2.1.2 Các giả thiết 33 2.1.3 Các đặc trưng loài bướm Manduca Sexta 36 2.2 Mơ hình kết cấu cánh vẫy kiểu côn trùng -38 2.2.1 Mơ hình phần tử hữu hạn 38 2.2.2 Mơ hình dầm tương đương 39 2.2.3 Mơ hình hệ vật – lị xo 46 2.3 Mơ hình khí động lực học UVLM 52 2.3.1 Mơ hình tốn học 52 2.3.2 Mơ hình khuếch tán xốy 57 2.3.3 Mơ hình xốy mép trước 58 2.4 Phương pháp giải hệ phương trình vi phân chuyển động 62 2.5 Mơ hình tích hợp nghiên cứu tương tác kết cấu – chất lưu 64 CHƯƠNG KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH TÍNH TỐN -71 3.1 Kiểm chứng chương trình tính tốn động lực học 71 3.2 Kiểm chứng phương pháp xây dựng mơ hình cánh vẫy kiểu trùng dạng hệ nhiều vật 75 3 Kiểm chứng mơ hình khí động 82 3.4 Kiểm chứng mơ hình tính tốn tương tác kết cấu – chất lưu FSI 84 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐÀN HỒI KHÍ ĐỘNG CỦA CÁNH VẪY KIỂU CƠN TRÙNG 90 4.1 Cánh côn trùng chế độ bay treo -90 4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số động học đến đặc tính đàn hồi khí động 100 4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng kết cấu cánh đến đặc tính đàn hồi khí động …………………………………………………………………………… 112 -4.3.1 Ảnh hưởng hệ số 𝑎𝑎𝑏𝑏 𝑎𝑎𝑡𝑡 112 1 4.3.2 Ảnh hưởng dạng độ cứng chống uốn 119 4.3.3 Ảnh hưởng dạng độ cứng chống xoắn 122 4.4 Phân tích kết ứng dụng thiết kế TBB kiểu côn trùng -125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 131 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Kí hiệu Đơn vị Ý nghĩa – giải thích Ma trận xoay từ hệ tọa độ (k-1) đến hệ tọa độ k B𝑅𝑅 𝑘𝑘 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑡𝑡𝑜𝑜𝑜𝑜, 𝐷𝐷𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑜𝑜𝑜𝑜 EI 𝑁𝑁 ∙ 𝜇𝜇2 Các đường kính ngồi gân Độ cứng chống uốn 𝑓𝑓 𝐻𝐻𝐻𝐻 Tần số vẫy 𝑓𝑓1, 𝑓𝑓2 𝐻𝐻𝐻𝐻 Tần số dao động riêng thứ n hất thứ hai 𝑓𝑓1∗ 𝑓𝑓𝑖𝑖 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 Tỉ lệ tần số riêng , 𝑓𝑓𝑖𝑖 𝑏𝑏 Hz Tần số dao động riêng thứ i mơ hình PTHH mơ hình dầm GJ 𝑁𝑁 ∙ 𝜇𝜇2 Độ cứng chống xoắn Mơ men qn tính đơn vị độ dài không thứ 𝐼𝐼̅ nguyên dọc theo trục đàn hồi J Hàm chi phí tối ưu 𝐿𝐿𝑚𝑚 𝜇𝜇� mN Lực nâng trung bình chu kỳ vẫy kg/m Khối lượng đơn vị độ dài không thứ nguyên 𝜇𝜇𝑤𝑤 kg 𝑃𝑃𝑚𝑚 𝑃𝑃𝑝𝑝, 𝑃𝑃𝑧𝑧 mW Cơng suất trung bình chu kỳ vẫy mW Cơng suất giả thiết có khơng có dự trữ Khối lượng cánh lượng 𝑃𝑃�𝑝𝑝, 𝑃𝑃�𝑧𝑧 W/kg Công suất đơn vị khối lượng với giả thiết có khơng có dự trữ lượng 𝑅𝑅 𝜂𝜂𝑝𝑝, 𝜂𝜂𝑧𝑧 m W/N Độ dài cánh Công suất trung bình đơn vị lực giả thiết có khơng có dự trữ lượng 𝑄𝑄𝑎𝑎𝐹𝐹 , 𝑄𝑄𝑎𝑎𝑀𝑀 𝑁𝑁 ∙ 𝜇𝜇 Lực mơ men khí động suy rộng 𝑄𝑄𝑗𝑗𝑠𝑠 𝑁𝑁 ∙ 𝜇𝜇 𝜇𝜇 Lực lò xo suy rộng 𝑗𝑗 𝑗𝑗 𝑟𝑟 Tọa độ dọc theo sải cánh Tọa độ tương đối dọc theo sải cánh 𝑟𝑟̅ 𝑟𝑟𝑐𝑐 𝜇𝜇 𝑇𝑇𝑘𝑘 J V𝑘𝑘𝑐𝑐𝑘𝑘 m/s Bán kính lõi xốy Động vật thứ k Vận tốc tâm khối lượng vật thứ k hệ tọa độ cục gắn với vật thứ k Tọa độ tâm khối lượng không thứ nguyên 𝑥𝑥� �𝑐𝑐 dải cánh Lưu số vận tốc đoạn xoáy khung xoáy thứ i Γ𝑖𝑖 𝜃𝜃0 𝑐𝑐𝑝𝑝 𝜃𝜃𝑚𝑚 Độ Góc lên – xuống trung bình Độ Góc lên – xuống trung bình chu kỳ vẫy tâm áp Tọa độ suy rộng chưa biết thứ j 𝜂𝜂𝑗𝑗 𝜙𝜙1, 𝜃𝜃1, 𝛼𝛼1 Độ Các góc quét, góc lên – xuống, góc xoay gốc cánh 𝜙𝜙𝑎𝑎, 𝜃𝜃𝑎𝑎, 𝛼𝛼𝑎𝑎 Độ Biên độ góc quét, góc lên – xuống, góc xoay 𝜙𝜙0, 𝜃𝜃0, 𝛼𝛼0 Độ Giá trị trung bình góc qt, góc lên – xuống, góc xoay ω𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘/𝑘𝑘−1 ω 𝑘𝑘 rad/s Vận tốc góc vật thứ k hệ tọa gắn với vật thứ k rad/s Vận tốc góc vật thứ k so với vật thứ (k-1) hệ tọa gắn với vật thứ k DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADAMS Automated Dynamic Analysis of Mechanical Systems Phần mềm mô động lực học hệ nhiều vật MSC APDL Ansys Parametric Design Language Ngơn ngữ lập trình dùng cho phần mềm Ansys Mechanical BET Blade Element Theory Lý thuyết phần tử cánh CFD Computational Fluid Dynamics Động lực học chất lưu tính tốn CSD Computational Structural Dynamics Động lực học kết cấu tính tốn FSI Fluid structure interaction Tương tác kết cấu – chất lưu FWMAV Flapping-Wing Micro Air Vehicle Thiết bị bay cánh vẫy siêu nhỏ LBFPM Lattice Boltzmann Flexible Particle Phương pháp Lattice Boltzmann hạt Method mềm MAC Modal Assurance Criterion Số MAC MAV Micro Air Vehicle Thiết bị bay siêu nhỏ MBD Multi-Body dynamics Động lực học hệ nhiều vật MEMS Micro-Electromechanical Systems Hệ thống vi điện tử PIV Particle Image Velocimetry Phương pháp đo vận tốc ảnh hạt PTHH RANS Phần tử hữu hạn Reynolds-Averaged Navier–Stokes TBB Phương trình Navier–Stokes trung bình hóa theo số Reynolds Thiết bị bay UVLM Unsteady Vortex-Lattice Method Phương pháp xốy khơng dừng XMT Leading Edge Vortex Xốy mép trước