Nghiên ứu ảnh hưởng ủa gó nhị diện và gó vểnh ánh tới hất lượng khí động ủa máy bay không người lái ó vận tố thấp và tỉ số dạng lớn

TRẦN KHÁNH KHANG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Khánh Khang KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC NHỊ DIỆN VÀ GÓC VỂNH CÁNH TỚI CHẤT LƯỢNG KHÍ ĐỘNG CỦA MÁY BAY KHƠNG NGƯỜI LÁI CĨ VẬN TỐC THẤP VÀ TỶ SỐ DẠNG LỚN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CB180098 HÀ NỘI, 06/2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132017991000000 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng góc nhị diện góc vểnh cánh tới chất lượng khí động máy bay khơng người lái có vận tốc thấp tỷ số dạng lớn TRẦN KHÁNH KHANG khanhkhangtran@gmail.com Ngành Kỹ thuật khí Động lực Giảng viên hướng dẫn: TS Đinh Tấn Hưng Viện: Cơ khí Động lực HÀ NỘI, 6/2020 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Trần Khánh Khang Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng góc nhị diện góc vểnh cánh tới chất lượng khí động máy bay khơng người lái có vận tốc thấp tỷ số dạng lớn Chuyên ngành: Cơ khí Động lực Mã số SV: CB180098 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 05/11/2020 với nội dung sau: - Rà soát, chỉnh sửa lại lỗi bố cục, trình bày, ngữ pháp - Hiệu chỉnh tài liệu tham khảo trích dẫn - Tính tốn lại sai số mơ thực nghiệm - Đưa phần mô tả trang thiết bị thực nghiệm vào phần phụ lục Ngày tháng 12 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS Đinh Tấn Hưng Trần Khánh Khang CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS TS Vũ Đình Q Kính gửi: Viện Cơ khí động lực PHIẾU ĐĂNG KÝ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI Họ tên người hướng dẫn chính: Đinh Tấn Hưng Học vị Tiến Sĩ Cơ quan: Viện Cơ khí Động lực Họ tên người hướng dẫn phụ (nếu có): Học vị……… Học hàm……… Cơ quan : Email : dinhtanhung@gmail.com DĐ : (+84) 379997777 Nội dung : Đề tài 1: Chuyên ngành: Kỹ thuật Hàng không a Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng góc nhị diện góc vểnh cánh tới chất lượng khí động máy bay khơng người lái có vận tốc thấp tỷ số dạng lớn b Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng, chế tạo thử nghiệm ảnh hưởng góc nhị diện – góc vểnh cánh tới chất lượng khí động mẫu UAV có vận tốc thấp tỷ số dạng lớn với thay đổi độ lớn góc nhị diện – góc vểnh cánh Từ đưa kết luận phục vụ việc chế tạo UAV hiệu c Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Nghiên cứu, phân tích, mơ ảnh hưởng góc nhị diện – góc vểnh cánh tới chất lượng khí động mẫu cánh UAV có vận tốc thấp tỷ số dạng lớn điều kiện thay đổi độ lớn góc nhị diện – góc vểnh cánh - Nghiên cứu chế tạo mẫu cánh phục vụ thử nghiệm ống khí động - Thực nghiệm ống khí động, thu thập kết - So sánh đánh giá kết mô thực nghiệm Đề tài 2: Chuyên ngành: a Tên đề tài: b Mục tiêu đề tài (các kết cần đạt được): c Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: Hà Nội, ngày tháng năm Người hướng dẫn Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Đinh Tấn Hưng, thầy cô môn Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ đặc biệt cảm ơn số bạn sinh viên viện Nghiên cứu công nghệ Không gian Dưới nước giúp đỡ em nhiều trình thực Trong q trình thực Luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, nguyên nhân chủ quan khách quan khác Do đó, em mong nhận ý kiến đóng góp lời nhận xét chân thành, khách quan quý thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung luận văn Ngày nay, UAV có vận tốc thấp tỷ số dạng lớn hay gọi UAV dạng tàu lượn ngày phổ biến với ứng dụng vô quan trọng cứu hộ, trinh thám, khảo sát địa hình… Việc cải tiến, tối ưu hình d ạng UAV có vận tốc thấp tỷ số dạng lớn để đạt hiệu chất lượng khí động tốt vấn đề cần quan tâm Trong toán cần giải có tốn v ề khảo sát thay đổi đặc tính khí động cánh thay đổi góc nh ị diện - góc vểnh cánh Trong luận văn em tập trung nghiên cứu ngun lí hoạt động góc nhị diện - góc vểnh cánh phân tích cơng dụng, ưu nhược điểm chúng Sau em tiến hành mơ ph ỏng ảnh hưởng góc nhị di ện - góc vểnh cánh đến đặc tính khí động thử nghiệm ống khí độ ng để kiểm tra kết mơ ph ỏng thực nghiệm Từ đưa đánh giá góc nh ị di ện góc vểnh cánh tối ưu cho UAV có vận tốc thấp tỷ số dạng lớn HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ UAV CÓ TỶ SỐ DẠNG LỚN, KHẢO SÁT GÓC NHỊ DIỆN – GÓC VỂNH CÁNH 1.1 Tổng quan UAV có tỷ số dạng lớn 1.1.1 Thế UAV có tỷ số dạng lớn? 1.1.2 Các ứng dụng UAV có tỷ số dạng lớn 1.1.3 Xu hướng phát triển UAV có tỷ số dạng lớn 1.2 Tìm hiểu góc nhị diện – góc vểnh cánh 1.2.1 Khái niệm góc nhị diện 1.2.2 Khái niệm góc vểnh cánh 1.2.3 Công dụng góc nhị diện – góc vểnh cánh 1.2.4 Nhược điểm góc nhị diện – góc vểnh cánh 1.3 Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ CHƯƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH CÁNH VÀ MƠ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC NHỊ DIỆN - GÓC VỂNH CÁNH 2.1 Xây dựng sơ đồ trình tự nghiên cứu 2.2 Xây dựng mơ hình cánh 10 2.3 Mơ dịng khí qua cánh máy bay 12 2.4 Mô dịng khí qua cánh trường hợp góc vểnh khác 19 2.5 Mơ dịng khí qua cánh trường hợp điểm vểnh cánh khác 22 2.6 Mơ dịng khí qua cánh trường hợp góc nhị diện khác 25 2.6.1 Mơ dịng khí qua cánh thay đổi góc nhị diện âm 25 2.6.2 Mơ dịng khí qua cánh thay đổi góc nhị diện dương 28 2.7 Kết luận 30 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH ĐỐI CHIẾU KẾT QUẢ 31 3.1 Xây dựng sơ đồ quy trình thực nghiệm 31 3.2 Chuẩn bị mơ hình 31 3.3 Thực nghiệm ống khí động 32 3.4 Kết thu xử lý số liệu 34 3.4.1 Lý thuyết tính tốn cho thực nghiệm 34 3.4.2 Xử lý kết 36 3.5 Phân tích kết thực nghiệm 37 3.5.1 So sánh kết thực nghiệm mô 37 3.5.2 Các nguyên nhân dẫn đến sai lệch kết 39 3.5.3 Định hướng khắc phục sai số, tối ưu kết thực nghiệm 40 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 43 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 UAV có tỷ số dạng lớn Solar-Impulse [1] Hình 1.2 UAV có tỷ số dạng lớn hạ cánh dù [2] Hình 1.3 UAV Altus II NASA thực nhiệm vụ thám [3] Hình 1.4 UAV Raven ghi âm giám sát động vật hoang dã [3] Hình 1.5 Góc nhị diện dương máy bay [4] Hình 1.6 Góc nhị diện âm máy bay [4] Hình 1.7 Góc nhị diện dương máy bay Boeing 737 [4] Hình 1.8 Góc nhị diện máy bay chiến đấu AV-8B Harrier II [5] Hình 1.9 Máy bay Airbus Zephyr [6] Hình 1.10 Máy bay Boeing SolarEagle (Vulture II) [7] Hình 1.11 Máy bay Google Solara 50 [8] Hình 1.12 Quá trình bay liệng máy bay [9] Hình 1.13 Hướng gió vào máy bay trình bay liệng [9] Hình 1.14 Momen cân trình bay liệng [9] Hình 1.15 Lực cản xoáy tác dụng lên máy bay Hình 1.16 Lực nâng máy bay có góc nhị diện [9] Hình 1.17 Momen lực nâng làm giảm tốc độ liệng [9] Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu Hình 2.2 Profil WE3.55-93 10 Hình 2.3 Đồ thị hệ số chất lượng khí động theo góc profil WE3.55-93 10 Hình 2.4 Kích thước cánh mơ 12 Hình 2.5 Mơ hình cánh sử dụng mơ 12 Hình 2.6 Mơ hình tính tốn khí động 13 Hình 2.7 Phần tip khó chia lưới mơ hình 13 Hình 2.8 Phần tip để chia lưới 13 Hình 2.9 Phần cánh để chia lưới 13 Hình 2.10 Cắt mơ hình theo chiều dọc cánh 14 Hình 2.11 Cắt mơ hình theo điểm gấp khúc 14 Hình 2.12 Tạo block 14 Hình 2.13 Block chữ C đầu profil cánh 14 Hình 2.14 Xóa block cánh 15 Hình 2.15 Lưới xung quanh cánh chia dày 15 Hình 2.16 Lưới cánh 15 Hình 2.17 Chia lưới tồn miền mô 15 Hình 2.18 Thơng số chất lượng lưới phần cánh theo số determinant 16 Hình 2.19 Các block phần tip 16 Hình 2.20 Block chữ C chữ Y profil phần tip 16 Hình 2.21 Lưới tồn phần tip 17 Hình 2.22 Thơng số chất lượng lưới phần tip theo số determinant 17 Hình 2.23 Sự phân bố áp suất mặt cánh máy bay 18 Hình 2.24 Sự phân bố áp suất mặt cánh máy bay 18 Hình 2.25 Góc vểnh cánh 5o 19 Hình 2.26 Góc vểnh cánh 6o 19 Hình 2.27 Góc vểnh cánh 7o 19 Hình 2.28 Góc vểnh cánh 8o 19 Hình 2.29 Góc vểnh cánh 9o 19 Hình 2.30 Đồ thị lực nâng thay đổi góc vểnh cánh 20 Hình 2.31 Đồ thị lực cản thay đổi góc vểnh cánh 20 Hình 2.32 Đồ thị hệ số chất lượng khí động thay đổi góc vểnh cánh 20 Hình 2.33 Điểm vểnh cánh cách gốc cánh 75mm 22 Hình 2.34 Điểm vểnh cánh cách gốc cánh 100mm 22 Hình 2.35 Điểm vểnh cánh cách gốc cánh 125mm 22 Hình 2.36 Điểm vểnh cánh cách gốc cánh 150mm 22 Hình 2.37 Điểm vểnh cánh cách gốc cánh 175mm 22 Hình 2.38 Đồ thị lực nâng thay đổi điểm vểnh cánh 23 Hình 2.39 Đồ thị lực cản thay đổi điểm vểnh cánh 23 Hình 2.40 Đồ thị hệ số chất lượng khí động thay đổi điểm vểnh cánh 23 Hình 2.41 Góc nhị diện - 5o 25 Hình 2.42 Góc nhị diện - 4o 25 Hình 2.43 Góc nhị diện - 3o 25 Hình 2.44 Góc nhị diện - 2o 25 Hình 2.45 Góc nhị diện - 1o 25 Hình 2.46 Đồ thị lực nâng thay đổi góc nhị diện âm 26 Hình 2.47 Đồ thị lực cản thay đổi góc nhị diện âm 26 Hình 2.48 Đồ thị hệ số chất lượng khí động thay đổi góc nhị diện âm 26 Hình 2.49 Góc nhị diện 0o 28 Hình 2.50 Góc nhị diện 1o 28 Hình 2.51 Góc nhị diện 2o 28 Hình 2.52 Góc nhị diện 3o 28 Hình 2.53 Góc nhị diện 4o 28 Hình 2.54 Góc nhị diện 5o 28 Hình 2.55 Đồ thị lực nâng thay đổi góc nhị diện dương 29 Hình 2.56 Đồ thị lực cản thay đổi góc nhị diện dương 29 Hình 2.57 Đồ thị hệ số chất lượng khí động thay đổi góc nhị diện dương 29 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm 31 Hình 3.2 Mơ hình cánh dùng để thực nghiệm 32 Hình 3.3 Máy in 3D đọc vẽ cánh 32 Hình 3.4 Cánh sau in xong 32 Hình 3.5 Chuẩn bị mẫu thực nghiệm 33 Hình 3.6 Giá trị áp suất vị trí ổn định vị trí có xốy 33 Hình 3.7 Đo áp suất mặt mặt cánh 34 Hình 3.8 Các lực tác động lên máy bay 34 Hình 3.9 Dòng qua profil cánh 34 Hình 3.10 Phân bố áp suất sử dụng đầu đo 35 Hình 3.11 Đồ thị lực nâng mô thực nghiệm 38 Hình 3.12 Đồ thị lực cản mơ thực nghiệm 39 Hình 3.13 Đồ thị hệ số chất lượng khí động mơ thực nghiệm 39 Hình 4.1 In 3D theo công nghệ FDM 43 Hình 4.2 Ống khí động âm 44 Hình 4.3 Ống pitot 44 Hình 4.4 Máy đo chênh lệch áp suất Cosmo 45 Hình 4.5 Biến áp 220V-110V 46 Hình 4.6 Máy tính lưu trữ xử lý liệu 46