đồ án thiết kế máy đề tài thiết kế mô hình tàu lượn schleicher asw 15

Qua sự phân công của thầy hướng dẫn bọn em được giao nhiệm vụ thiết kế mô hình máy bay điều khiển từ xa dựa trên hìnhmẫu chiếc ASW 15 - một loại tàu lượn rất nổi tiếng của Đức.Bước đầu b

111Equation Chapter 1 Section 1 ĐẠI HỌC BÁCH

Nhóm sinh viên thực hiện:

20217916

202107

Hà Nội, năm 2024

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I: KHẢO SÁT VỀ TÀU LƯỢN 5

I.1 Quá trình hình thành và phát triển của tàu lượn 5

I.2 Khái quát chung về dự án thiết kế 9

I.2.1 Tính cần thiết của tàu lượn 9

I.2.2 Lý do chọn đề tài 10

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TÀU LƯỢN 12

II.1 Yêu cầu thiết kế tàu lượn 12

II.2 Tổng quan thiết kế mô hình 12

II.2.1 Quy trình thiết kế 12

II.2.2 Thiết kế sơ bộ 13

II.3 Thiết kế mô hình phần cơ khí 16

II.3.1 Thân của tàu lượn 16

II.3.2 Cánh của mô hình ASW-15 29

PHÂN CHIA CÔNG VIỆC 41

KẾT LUẬN 42

LỜI BẠT 43

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Thiết kế của Otto Lilienthal 6

Hình 2 Thiết kế của anh em Wright 7

Hình 3 1 bộ phận được làm từ sợi thủy tinh 9

Hình 4 Chiếc ASW 15 12

Hình 5 Mẫu thiết kế nhóm dựa trên 14

Hình 6 Bản vẽ tham khảo số 1 14

Hình 7 Bản vẽ tham khảo số 2 15

Hình 8 Bản vẽ lắp ghép tham khảo 15

Hình 9 Hình dạng ngoài của thân 17

Hình 10 Hình ảnh cấu trúc semi-monocoque 18

Hình 11 Thân tàu lượn 19

Hình 12 Stringer loại 1 21

Hình 13 Stringer loại 2 21

Hình 14 Stringer loại 3 22

Hình 15 Stringer loại 4 22

Hình 16 Mối nối 23

Hình 17 Vỏ thân 23

Hình 18 Frame đỡ sau 24

Hình 19 Frame đỡ trước 24

Hình 20 Giá đỡ động cơ 26

Hình 21 Chế độ thu và duỗi 26

Hình 22 Nối servo với tay quay 26

Hình 23 Sau khi lắp ghép dầm và giá đỡ 27

Hình 24 Cơ cấu sau khi thu gọn 27

Hình 25 Động cơ 28

Hình 26 Ring 28

Hình 27 Khung thân sau 29

Hình 28 Khung cánh trái 30

Hình 29: Ảnh khung dầm 30

Hình 30 Main spar 31

Hình 31 Dầm ngang của cánh 33

Hình 32 Các bộ phận của cánh liệng 34

Hình 33 Lắp cánh liệng vào cánh chính 35

Hình 34 Cánh tay trên cánh chính 35

Hình 35 Kết nối tay quay và cánh tay 35

Hình 36 Tay quay lắp trên cánh liệng 36

Hình 37 Cánh lái độ cao 36

Hình 38 Biên dạng cánh đuôi 37

Hình 39 Stringer đuôi 37

Hình 40 Cánh lái độ cao trên đuôi thân chính 38

Hình 41 Lắp đặt dầm đuôi 38

Hình 42 Servo chuyển động 39

Hình 43 Lắp đặt tay truyền 39

Hình 44 Rudder 40

Hình 45 Bánh trước bán kính 100mm 41

Hình 46 Bánh sau 41

MỞ ĐẦU

Đồ án thiết kế máy là một trong những môn học chuyên ngànhsâu của sinh viên ngành chế tạo máy trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội Đồ án này giúp trang bị thêm những hiểu biết nhất định

về kết cấu, nguyên lý hoạt động cũng như công dụng của một

số tàu lượn

Qua sự phân công của thầy hướng dẫn bọn em được giao nhiệm

vụ thiết kế mô hình máy bay điều khiển từ xa dựa trên hìnhmẫu chiếc ASW 15 - một loại tàu lượn rất nổi tiếng của Đức.Bước đầu bọn em còn gặp nhiều khó khăn trong việc tìm kiếmtài liệu, thiếu hụt về kiến thức chuyên môn, nhưng được sựhướng dẫn nhiệt tình của thầy cũng như sự cố gắng của cảnhóm, bọn em đã cơ bản hoàn thành nhiệm vụ được giao Tuynhiên trong quá trình thực hiện, do năng lực còn hạn chế nên

có thể còn nhiều sai sót Do vậy, bọn em rất mong được sự chỉbảo thêm của thầy để có thể hoàn thiện bài làm của mình hơnnữa

Cũng thông qua đồ án môn học này, cùng với sự giảng dạynhiệt tình của TS Vũ Đình Quý đã giúp bọn em phần nào có cáinhìn tổng quát hơn về cách tính toán thiết kế tàu lượn, tích lũythêm những kiến thức về chuyên môn và khả năng tổ chức hoạtđộng theo nhóm Bước đầu đặt nền móng cơ bản về kiến thứccũng như kỹ năng của người kỹ sư hàng không trong tương lai

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình củathầy TS Vũ Đình Quý, đã giúp em hoàn thành tốt đồ án mônhọc này Mong sẽ còn nhiều cơ hội được học hỏi và làm việc vớithầy

CHƯƠNG I: KHẢO SÁT VỀ TÀU LƯỢN

I.1 Quá trình hình thành và phát triển của tàu lượn

Các phi công đầu tiên đã bắt đầu thử nghiệm các thiết kế tàulượn vào cuối thế kỷ 19 để đạt được chuyến bay cao liên tục.Những thí nghiệm ban đầu này đã đặt nền móng cho sự pháttriển của tàu lượn hiện đại và có ý nghĩa lịch sử to lớn trong lĩnhvực hàng không

Vào cuối những năm 1800, những người tiên phong như OttoLilienthal và Octave Chanute đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng

về thiết kế khí động học và tàu lượn Họ đã đạt được những tiến

bộ đáng kể trong việc tìm hiểu nguyên lý bay và áp dụng kiến thức này vào các nguyên mẫu tàu lượn của mình Lilienthal,thường được coi là 'cha đẻ của ngành hàng không hiện đại', đãthực hiện hơn 2.000 chuyến bay với nhiều thiết kế tàu lượnkhác nhau, ghi lại những phát hiện của mình một cách tỉ mỉ

Những thử nghiệm ban đầu với tàu lượn không chỉ chứng minhtính khả thi của việc đạt được chuyến bay có điều khiển màkhông cần động cơ mà còn mở đường cho những đổi mới hàngkhông trong tương lai Những phi công đầu tiên này đã thửnghiệm các hình dạng cánh, cơ chế điều khiển và phương phápkhác nhau để đạt được sự ổn định và khả năng điều khiển.Những thành công và thất bại của họ đã cung cấp những hiểubiết có giá trị về động lực của chuyến bay và giúp định hình sự

phát triển của các kỹ thuật bay lượn hiện đại

Anh em nhà Wright và sự ra đời của tàu lượn hiện đại

Anh em nhà Wright là người có công trong việc phát triển môntàu lượn hiện đại Thành tựu của họ trong các thí nghiệm baylượn ban đầu đã mở đường cho sự phát triển của thủy phi cơ.Dưới đây là một số điểm chính về đóng góp của họ:

Hình 1 Thiết kế của Otto Lilienthal

 Họ tập trung vào việc tìm hiểu các nguyên tắc nâng vàkiểm soát, tiến hành nhiều thử nghiệm để thu thập dữ liệu

và cải tiến thiết kế của mình

ba trục cho phép phi công điều khiển tàu lượn theo mọihướng

dạng và cấu hình cánh khác nhau, giúp cải thiện đáng kể

sự hiểu biết về khí động học

hình hai tầng cánh với hai bộ cánh xếp chồng lên nhau đểtăng độ ổn định

Sự cống hiến của họ cho việc thử nghiệm khoa học và kỹ thuậtthực tế đã đặt nền móng cho thời kỳ hoàng kim của môn tàulượn Trong thời kỳ này, những tiến bộ về vật liệu và thiết kế đãdẫn đến sự phát triển của những chiếc thủy phi cơ hiệu quả và

có khả năng hoạt động tốt hơn Công trình tiên phong của anh

em nhà Wright đã đặt nền móng cho tương lai của ngành tàulượn và góp phần vào sự phát triển của ngành hàng không nóichung

Hình 2 Thiết kế của anh em Wright

Thời hoàng kim của tàu lượn

Những tiến bộ về vật liệu và thiết kế trong Thời đại hoàng kimcủa tàu lượn đã cho phép phát triển các loại tàu lượn hiệu quả

và có khả năng hoạt động tốt hơn Các cuộc thi tàu lượn trở nên

phổ biến trong thời gian này, dẫn đến nhu cầu cải thiện hiệusuất và hiệu quả khí động học ngày càng tăng Để đáp ứngnhững nhu cầu này, các nhà sản xuất tàu lượn bắt đầu khámphá các kỹ thuật và vật liệu sản xuất mới.

Một trong những bước phát triển quan trọng trong thời kỳ này

là việc đưa sợi thủy tinh làm vật liệu cho cánh tàu lượn Sợithủy tinh cung cấp một giải pháp thay thế nhẹ hơn và chắcchắn hơn cho các vật liệu truyền thống như gỗ, cho phép khảnăng cơ động cao hơn và tốc độ cao hơn Bước đột phá trong kỹthuật sản xuất này đã cách mạng hóa ngành công nghiệp tàulượn và mở đường cho những tiến bộ hơn nữa trong thiết kế

Ngoài việc sử dụng sợi thủy tinh, các nhà thiết kế còn chú trọngđến việc nâng cao hiệu quả khí động học của tàu lượn Họ đãthử nghiệm các hình dạng cánh mới, chẳng hạn như cánh quétsau, giúp giảm lực cản và cải thiện hiệu suất tổng thể Nhữngđổi mới về thiết kế này, cùng với những tiến bộ về vật liệu, đãtạo ra những chiếc tàu lượn có khả năng bay quãng đường xahơn và đạt được độ cao lớn hơn

Những phát triển này trong kỹ thuật và thiết kế sản xuất tàulượn trong Thời kỳ Hoàng kim đã tạo tiền đề cho những tiến bộtiếp theo trong công nghệ tàu lượn Với các vật liệu được cảitiến và sự hiểu biết tốt hơn về khí động học, các kỹ sư đã có thểvượt qua ranh giới của những gì có thể về hiệu suất của tàulượn

Sự ra đời của sợi thủy tinh

Sự ra đời của cải tiến vật liệu này đã mang lại những cải tiếnđáng kể về thiết kế và hiệu suất của tàu lượn:

biết đến với tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng đặc biệt, giúptàu lượn trở nên chắc chắn và đàn hồi hơn trong suốtchuyến bay Điều này mang lại cảm giác tự tin và an toàncho phi công khi biết rằng máy bay của họ có thể chịu

 Cải thiện độ an toàn: Cấu trúc sợi thủy tinh mang lại khảnăng chống va chạm được cải thiện so với các vật liệutruyền thống

Với sự ra đời của kết cấu sợi thủy tinh, ngành công nghiệp tàulượn đã chứng kiến một thời điểm then chốt đưa ngành nàybước vào một kỷ nguyên mới của những tiến bộ công nghệ Mộttiến bộ như vậy là sự kết hợp của cánh mũi và các cải tiến khíđộng học khác

Cánh mũi và những cải tiến khí động học khác

Việc bổ sung các cánh mũi và các cải tiến khí động học khác đãlàm tăng đáng kể hiệu quả và hiệu suất của tàu lượn bằng sợi

Hình 3 1 bộ phận được làm từ sợi thủy tinh

thủy tinh Cánh mũi là những phần mở rộng nhỏ, thẳng đứng ởđầu cánh giúp giảm sự hình thành các xoáy ở đầu cánh, lànhững dạng xoáy của không khí tạo ra lực cản và giảm lựcnâng Bằng cách giảm thiểu các xoáy ở đầu cánh, các cánh mũilàm giảm lực cản khí động học và cho phép tàu lượn bay hiệuquả hơn Ngoài cánh mũi, các cải tiến khí động học khác nhưcánh bay nhiều tầng và thân máy bay được sắp xếp hợp lý sẽnâng cao hơn nữa hiệu suất của tàu lượn Những cải tiến này đãdẫn đến hệ số lượn tăng lên, thời gian bay lâu hơn và khả năngtăng độ cao được cải thiện.

Vai trò của tàu lượn trong Chiến tranh thế giới thứ 2

Trong Thế chiến thứ hai, tàu lượn đóng một vai trò quan trọngkhi được sử dụng cho nhiều hoạt động quân sự khác nhau Tàulượn được chứng minh là tài sản vô giá trong chiến tranh trênkhông, cung cấp phương tiện vận chuyển quân, trinh sát và vậnchuyển quân nhu một cách tàng hình và hiệu quả Tác độngcủa tàu lượn trong hoạt động quân sự là không thể phủ nhận.Dưới đây là một số lý do chính tại sao tàu lượn lại quan trọngtrong thời gian này:

trí của kẻ thù một cách im lặng mà không có tiếng ồnđộng cơ làm lộ ra sự hiện diện của họ

cuộc tấn công bất ngờ bằng cách đưa quân thẳng vào lãnhthổ của kẻ thù, khiến kẻ thù mất cảnh giác

khác nhau, bao gồm đổ bộ quân vào phía sau phòng tuyếncủa kẻ thù, vận chuyển thiết bị hạng nặng và thiết lập cácsân bay tạm thời

tiền so với máy bay chạy bằng động cơ, khiến chúng trởthành một lựa chọn tiết kiệm chi phí cho các hoạt độngquân sự

Vai trò của tàu lượn trong Thế chiến thứ hai đã thay đổi mãi mãicục diện chiến tranh trên không Việc sử dụng chúng đã mởđường cho sự phát triển của các chiến thuật tấn công đườngkhông hiện đại và ảnh hưởng đến việc thiết kế máy bay quân

cơ, đã có tác động sâu sắc đến cả khía cạnh kinh tế và môitrường của ngành hàng không

Từ góc độ kinh tế, tàu lượn mang lại một cách tiết kiệm chi phí

để các cá nhân trải nghiệm niềm vui khi bay Không giống nhưmáy bay chạy bằng năng lượng, tàu lượn không cần nhiên liệuhoặc bảo trì tốn kém Khả năng này đã mở ra thế giới hàngkhông cho nhiều đối tượng hơn, cho phép nhiều người theo đuổiniềm đam mê bay hơn

Xét về tác động môi trường, tàu lượn là giải pháp thay thế xanhhơn cho máy bay truyền thống Không có khí thải động cơ và ônhiễm tiếng ồn tối thiểu, tàu lượn có lượng khí thải carbon nhỏhơn nhiều Chúng chỉ dựa vào các yếu tố tự nhiên như dòng gió

và nhiệt để duy trì độ cao, khiến chúng trở thành lựa chọn hợp

lý cho những người đam mê hàng không

Hơn nữa, tàu lượn cũng góp phần phát triển công nghệ hàngkhông Nhiều tiến bộ về khí động học và điều khiển chuyến bay

đã được thử nghiệm và hoàn thiện thông qua các thiết kế tàulượn Những đổi mới này đã có tác động lan tỏa đến toàn bộngành hàng không, giúp tạo ra những chiếc máy bay hiệu quảhơn và an toàn hơn

I.2.2 Lý do chọn đề tài

Cũng như các nước trên thế giới, Việt Nam cũng có nhu cầu sử dụng tàu lượn trong thời điểm hiện nay rất đa dạng :

tuần tiễn biên giới, hải đảo… và các nhiệm vụ an ninh quốc phòng và kinh tế xã hội khác

bắn tập

…

Do đó việc nghiên cứu thiết kế mô hình tàu lượn trong điều kiện

có tác động của gió, nhiễu động khí quyển, có khả năng đápứng được các yêu cầu chiến thuật về khả năng cơ động nhanhtrong các nhiệm vụ cụ thể hoặc các tình huống phức tập là rấtcần thiết

Trong bối cảnh Việt Nam đang cố hết sức để nghiên cứu pháttriển ngành kỹ thuật hàng không, việc nghiên cứu và thiết kế

mô hình tàu lượn có yếu tố đặc biệt quan trọng Việt Nam vốn

là một đất nước có tiềm lực phát triển lớn, việc thiết kế mộtchiếc tàu lượn với hiệu suất khí động cao là vô cùng cần thiết,

nó giúp đất nước ta có thể đạt được những bước tiến mới, đemlại đột phá trong ngành hàng không Trước tình hình đó, nhómbọn em đã nung nấu và lên ý tưởng cho việc thiết kế một chiếctàu lượn có thể tháo lắp và có hiệu suất khí động tốt Sau mộtvài thời gian tìm hiểu cũng với sự hỗ trợ của thầy, bọn em đãquyết định chọn đề tài này, với một sứ mệnh cao cả có thểđóng góp công sức nhỏ nhoi của mình vào quá trình phát triểncủa ngành hàng không Việt Nam

Chiếc tàu lượn bọn em nghiên cứu và phát triển dựa trên chiếcSchleicher ASW 15

Tàu lượn ASW 15 là một loại tàu lượn hạng một chỗ ngồi đượcthiết kế và sản xuất bởi công ty Alexander Schleicher GmbH &

Co, một trong những nhà sản xuất tàu lượn lâu đời và danhtiếng nhất của Đức Tàu lượn này lần đầu tiên bay vào năm

1968 và nhanh chóng trở nên phổ biến trong cộng đồng tàulượn do thiết kế hiệu quả và khả năng bay tốt Tỷ lệ lượn củaASW 15 khoảng 38:1, nghĩa là với mỗi mét mất độ cao, tàu lượn

có thể bay xa 38 mét trong điều kiện lý tưởng ASW 15 nổitiếng với khả năng bay linh hoạt và hiệu suất tốt trong điềukiện khí động học khác nhau, giúp nó thích hợp cho cả ngườimới học bay và những phi công giàu kinh nghiệm Tàu lượn nàythường được sử dụng trong các cuộc thi bay lượn, các chuyếnbay dã ngoại và đào tạo phi công tàu lượn

ASW 15 có thiết kế cánh thẳng và đuôi cánh ngang, giúp tăngcường hiệu suất khí động học và khả năng điều khiển Một sốphiên bản của ASW 15 được trang bị hệ thống phanh cánh đểgiảm tốc độ khi hạ cánh, giúp tăng cường an toàn và độ chínhxác khi tiếp đất

ASW 15 là một trong những tàu lượn được ưa chuộng trong lịch

sử ngành hàng không lượn, và vẫn còn được sử dụng rộng rãicho đến ngày nay nhờ vào thiết kế vượt thời gian và hiệu suấtđáng tin cậy

Hình 4 Chiếc ASW 15

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TÀU LƯỢN

II.1 Yêu cầu thiết kế tàu lượn

Với yêu cầu thiết kế ra một chiếc tàu lượn có thể tháo lắp được nhóm có đặt ra yêu cầu thiết kế đối với sản phân như sau:

- Khối lượng tàu lượn chưa tải: 4 kg

- Khối lượng tải tối đa: 7 kg

- Tầm bay: 10 km

- Trần bay: 100-600 m

- Tháo lắp được

II.2 Tổng quan thiết kế mô hình

II.2.1 Quy trình thiết kế

Khi bắt đầu dự án, với sự hướng dẫn của giảng viên phụ trách

TS Vũ Đình Quý, chúng em đã phân chia thành hai nhóm trongmột dự án, một nhóm về thiết kế cánh và một nhóm thiết kế vềthân Nhờ sự tư vấn và giúp đỡ của thầy, chúng em đã rút rađược quy trình thiết kế chiếc máy bay của nhóm như sau:

Hình 5 Mẫu thiết kế nhóm dựa trên

II.2.2 Thiết kế sơ bộ

Khảo sát 1 số mô hình

Hình 8 Bản vẽ lắp ghép tham khảo

Dựa trên yêu cầu thiết kế, mẫu thiết kế có sẵn và một vài mẫunhóm có tham khảo nhóm đã thiết kế được tổng quan chiếc tàulượn như sau:

Kích thước thiết kế:

Chiều dài thân: 1198 mm

Chiều dài sải cánh: 3000 mm

II.3 Thiết kế mô hình phần cơ khí

II.3.1 Thân của tàu lượn

Thiết kế khối chi tiết thân

Hình 6 Bản vẽ tham khảo số 2 Hình 7 Bản vẽ tham khảo số 1

Hình 9 Hình dạng ngoài của thân

Thân tàu được sản xuất bằng nhựa gia cố sợi thủy tinh hoànthiện màu trắng, nặng khoảng 0,624 kg Tất cả các phần cứngcần thiết cho việc lắp đặt radio (điều khiển đuôi lái và thangmáy) được cung cấp cùng với các miếng dán, buồng lái, bánh

xe hạ cánh, keo dán balsa, keo tiếp xúc và giấy

Thiết kế chi tiết thân

Giải thích một vài định nghĩa cơ bản:

“Frames” trong tiếng Anh có nghĩa là “khung” Trong ngànhhàng không, khung được sử dụng để định hình hình dạng khíđộng học của thân máy bay Trên máy bay gồm nhiều khungđược đặt cách nhau một khoảng cách theo thiết kế

“Stringer” tạm dịch là dầm dọc nhiệm vụ chính là để chống uốn

có thân máy bay và gia cường cho lớp vỏ “Skin”

“Skin” hay còn gọi là lớp vỏ dùng để bọc kín thân máy bay Skincùng nhằm nhiệm vụ chịu lực, ví dụ ở đây là lực cắt

Dựa vào cấu trúc Semi-monocoque nhóm đã thiết kế ra cấu trúc thân của máy bay như sau:

Hình 11 Thân tàu lượn

Đi sâu vào thiết kế thân ta chia thân thành các chi tiết như:Frame, stringer, skin, dầm đỡ cánh, đế lắm camera, camera,cửa thân,

Nhóm đã nghiên cứu dạng hình dạng frame phổ biến của cácloại máy bay nhóm đã chọn biên dạng frame dựa trên nguyênmẫu nhóm tham khảo là chiếc ASW 15 Sau khi thiết kế chiếcmáy bay của nhóm có tổng cộng 11 loại frame nhưng nhìnchung đều có hình dạng ban đầu gần giống nhau.

Vật liệu thiết kế: Gỗ balsa

Thiết kế gồm các lỗ nhỏ hình chữ nhật và hình tròn Đó là nơi

mà các stringer, ván và thanh điều khiển được cố định

Thiết kế stringer

Stringer nhằm mục đích chính chống uốn cho thân máy bay Stringer gồm nhiều thanh có 4 loại stringer chính.

Loại 1:

Gắn liền với mũi tàu lượn

Chống uốn cho nửa thân trước

Vật liệu: Gỗ balsa

Kết nối stringer và frame

Được gia cố bằng keo

Hình 15 Stringer loại 4

Ôm sát thân và được gia cố vào thân bằng keo

Vật liệu: Gỗ balsa

Thiết kế Frame gắn giá đỡ cánh

Frame này khá đặc biệt vì phải chịu lực lớn từ cánh nên thiết kếcũng phải to hơn các frame khác và có cấu tạo để có thể lắpráp với các bộ phận khác

Có chiều dày 3mm

Số lượng: 2

Hình 17 Vỏ thân