Đồ án môn học cánh máy bay

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG _ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁNH MÁY BAY GVHD: LỚP: SVTH: NGUYỄN TRỌNG THẢO - Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 10 năm 2023 LỜI NÓI ĐẦU Máy bay dần trở thành phương tiện giao thông thiết yếu thân thuộc người dân Việt Nam, đặc biệt cơng đại hóa cơng nghiệp hóa ngày mạnh mẽ, máy bay đóng vai trị quan trọng việc kết nối chắp cánh cho chuyến bay cao bay xa Những dòng kiện gần chuyến bay giải cứu dịch bệnh COVID hay ngày kỉ niệm vụ khủng bố 11/9 Boeing 757 tông sập vào tịa tháp đơi New York thu hút ý người máy bay, cụ thể cấu trúc thiết kế, cách vận hành vai trị đóng góp phận máy bay kèm rủi ro mà phận tác động mang lại Trong đó, cánh máy bay có ảnh hưởng vơ quan trọng đến cách vận hành hệ thống máy bay, nhiên cánh máy bay chia nhiều loại, nhiều hình dạng với đặc điểm chức khác nhau, phục vụ cho nhu cầu chuyên biệt máy bay Phần đồ án, chúng tơi phân tích đặc điểm này, thông qua nguyên lý hoạt động máy bay, cấu điều khiển hệ thống, tìm hiểu thơng số thiết kế cánh máy bay, thơng qua đưa giải pháp tối ưu hóa đảm bảo hiệu suất tồn hệ thống cách đo lường lực nâng lực cản cánh máy bay cho hoạt động cất cạnh, hạ cánh, đổi hướng, nghiêng cánh thay đổi độ cao Mục lục nội dung LỜI NÓI ĐẦU ……………………………………………………………………… PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ……………………………………………… Chương 1: GIỚI THIỆU ………………………………………………………… 1.1 Lý chọn đề tài ………………………………………………………… 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ……………………………………………………… 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu………………………………………… 1.4 Phương pháp nghiên cứu ………………………………………………… Tóm tắt nội dung đồ án ……………………………………………………… Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT …… ………………………………………… 2.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài ………………………………… 2.2 Các khái niệm lý thuyết …………………………………………………… 2.3 Các phần mềm/ công cụ hỗ trợ …………………………………………… PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ ……………………………………………… Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ………………………………………… 3.1 Biên dạng hình học cánh ………………………………………………… 3.2 Các thông số thiết kế cánh………………………………………………… 3.3 Định nghĩa bề mặt điều khiển ……………………………………………… 3.4 Nguyên tắc phối hợp điều khiển cánh thao tác bay ……… ………… 3.5 Lực cản phân bố lực nâng cánh ……………………… …………… 3.6 Kết cấu cánh ………………………………………………………… 3.7 Vật liệu chế tạo cánh ……………………………………………………… 3.8 Giải pháp tối ưu lực nâng lực cản cánh …………………………… Chương 4: ỨNG DỤNG, KHẢO SÁT VÀ KIỂM CHỨNG ……………………… 3.1 Mục tiêu đối tượng khảo sát …………………………………………… 3.2 Thực hành ………………………………………………………………… 3.3 Kết thử nghiệm ………………………………………………………… PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………… Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………… 3.1 Kết luận …………………………………………………………………… 3.2 Kiến nghị …………………………………………………………………… 3.3 Tài liệu tham khảo ………………………………………………………… PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài So với phận khác, cánh máy bay có chức nâng ảnh hưởng lớn đến q trình vận hành bay Ngồi ra, suy nghĩ máy bay cất cánh sau chạy đoạn đường băng làm cách để giữ cân không trung, thắc mắc thúc đẩy chúng em định thực nghiên cứu phần cánh máy bay 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Hiểu cách thức vận hành cánh máy bay phần hỗ trợ phối hợp để tạo lực yêu cầu trình vận hành bay Đo lường quan sát kết cấu thiết kế cánh máy bay từ đề xuất giải pháp tối ưu lực, cách tăng lực nâng tối đa, giảm lực cản xuống mức tối thiểu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu ● Cánh bề mặt điều khiển cánh ● Các lực tác động (lực nâng, lực cản), thông số thiết kế, nguyên lý hoạt động, cấu điều khiển 1.4 Phương pháp nghiên cứu ● Tài liệu tham khảo trường đại học ● Cơng trình nghiên cứu nước giới ● Nghiên cứu trực tiếp với mơ hình cánh máy bay ● Các phần mềm hỗ trợ tính tốn, mơ Tóm tắt nội dung đồ án Nghiên cứu đặc điểm, chức số thông số thiết kế cánh chính, bổ sung thêm bề mặt điều khiển để thay đổi hình dạng cánh phù hợp với chuyển động Đồng thời phân tích khả tạo nên lực nâng, lực cản từ cánh lực tác dụng lên cánh trình thao tác bay Sau biết thành phần lực tác dụng theo hướng ta nghiên cứu tiếp kết cấu bên vật liệu cánh để tạo nên bền vững đảm bảo an toàn để chịu lực tác dụng tác động lên phịng tránh rủi ro khơng mong muốn hàng không Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài Thiết kế cánh 2.2 Các khái niệm lý thuyết Các khái niệm lực tác dụng Các khái niệm bề mặt điều khiển Các khái niệm thông số thiết kế cánh 2.3 Các phần mềm/ công cụ hỗ trợ Abaqus để phân tích mơ kỹ thuật để quan sát nghiên cứu cấu trúc, hiệu suất hoạt động, độ bền tương tác yếu tố khác cấu tạo cánh máy bay PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ Cánh phần tạo lực nâng chủ yếu máy bay, đóng vai trị quan trọng hệ thống máy bay giúp máy bay bay không trung 3.1 Biên dạng hình học cánh 3.1.1 Hình dạng airfoil Bản chất cánh máy bay Airfoil/Aerofoil Airfoil tên gọi hình dạng, mặt ngang ( hình trịn hình vng) cánh máy bay, có tác động lớn đến lực nâng tác động lên máy bay Hình dạng airfoil xác định lượng rối ma sát hình dạng hình thành, ảnh hưởng đến hiệu cánh Rối ma sát hình dạng kiểm soát chủ yếu tỉ lệ thon, định nghĩa tỉ lệ dây cung với độ dày lớn Airfoil hình dạng nâng hiệu cao, tạo nhiều lực nâng (lift) so với phẳng có kích thước tương tự khu vực tạo lực nâng với lực kéo đáng kể Đây đặc điểm mà airfoil sử dụng thiết kế máy bay Lượng lực nâng hình thành airfoil tăng lên với gia tăng độ vồng cánh Các mẫu airfoil thiết kế theo tiêu chuẩn Hiệp Hội Vận Tải Hàng Không Quốc Tế, thử nghiệm kiểm tra ống khí động học chế độ khác để mơ phịng điều kiện bay, thu thập thêm liệu thông tin qua lần thử nghiệm để sửa chữa, điều chỉnh bổ sung đặc điểm cánh máy bay Quá trình khai thác cải tiến mẫu airfoil trọng ngành hàng không thời điểm Trong đó, có trung tâm nghiên cứu lớn Mỹ NASA 3.1.2 Biên dạng (Proface hay airfoil biên dạng cánh, mặt cắt vng góc cánh Biên dạng cánh bề mặt cong thiết kế để tạo lực nâng chuyển động khơng khí Mỗi vị trí cánh có proface khác Mỗi proface gồm thành phần chính: Một mép vào phần đầu ( leading edge) , mép phần đuôi (trailing edge) dây cung (chord line) Trong đó: ● Dây cung: đường thẳng nối từ leading edge tới trailing edge ● Phần biên dạng phía dây cung (upper surface): gọi mặt lưng cánh ● Phân biên dạng phía dây cung (lower surface): gọi mặt bụng cánh Ngồi ra, ta cịn có vài khái niệm liên quan tới mơ hình này: ● Góc (Angle of attack): góc tạo dây cung (chord line) ● Relative wind: gió tương quan 3.1.3 Độ vồng (Camber) Độ vồng độ cong mặt biên dạng cánh Trong đó: ● Đường vồng trung bình tập hợp trung bình mặt mặt ● Độ vồng lớn vị trí có độ vồng lớn định hình dáng độ vồng trung bình dẫn đến định khí động profil Đường cong đo lường độ vịng đường chạy dọc theo airfoil chia airfoil thành phần nhau, dùng để xác định độ dày airfoil Độ vồng tính theo tỉ lệ phần trăm so với chiều dài dây cung (c) Điểm kết thúc đường vồng trung bình trùng với điểm kết thúc dây cung 3.1.4 Độ dày (Thickness) Độ dày profil với loại cánh khác khác Ví dụ máy bay hành khánh, profil cánh máy bay tương đối lớn, mép cánh làm lượn tròn Độ dày lớn profil vị trí độ dày lớn tính theo phần trăm dây cung Do airfoil biên dạng thiết kế để nhận lực nâng từ khơng khí , nên khẳng định phần máy bay chuyển đổi sức cản khơng khí thành lực nâng airfoil 3.1.5 Góc (Angle of attack) Định nghĩa: góc tạo hướng chuyển động trục biên dạng cánh Góc tạo góc dây cung cánh (chord line) gió tương quan (relative wind), kí hiệu là: AOA Gió tương đối/ gió tương quan (Relative wind): Được tạo cánh bay di chuyển không khí Nó có trục hướng ngược lại với vận tốc hướng bay phụ thuộc vào hướng bay 3.2 Một số thông số thiết kế cánh Chỉ 100 năm trước, giấc mơ bay chim người trở thành thực Để thực ước mơ đó, cần phải hiểu cách tạo lực vượt qua trọng lực lực cản khơng khí, gọi lực cản Điều địi hỏi phương trình lực, diện tích áp suất Một điều xác định, cần phải tìm cách để chế tạo phương tiện đủ mạnh để chịu lực mà không bị gãy chịu lực Điều đạt không cách tìm cơng thức mà cịn cách sử dụng phép tính Có lực tác động giúp cho việc bay máy bay thực được, lực đẩy (thrust), lực kéo (drag), lực nâng (lift) trọng lực (gravity or weight)