531366314 chuong 1 aa

CÁC KHÁI NIỆM CƠ

BẢN

KHÁI NIỆM KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC

CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO KĐLHBẦU KHÍ QUYỂN

❑Định nghĩa

Khíđộng lực học (Aerodynamics):làmột ngành khoa họcnhằm dự đoán, phân tích và kiểm soát các lực và moment tácđộng lên một vật di chuyển trong bầu khí quyển.

Vídụ: máy bay, khinh khí cầu.

❑Định nghĩa

The word Aerodynamics comes from two Greek words:

• Aerios – concerning the air• Dynamis – which means force

❑Định nghĩa

Lực nâng (Lift)

Lực cản (Drag)

Lưc ý: Lực nâng là lực vuông góc với dòng khí tới và lực cản là lực

song song với dòng khí tới (Lift is defined as the force that isperpendicular to the incoming flow and drag parallel to the incomingflow)

❑Định nghĩa

There are 2 types of aerodynamics:

1.) External Aerodynamics – force of flow effects the body externally2.) Internal Aerodynamics – force of flow effects the body internally

❑Định nghĩa

→

U

→

UVận tốc vô cùng

❑Định nghĩa

→

U

- Haihệ trục tọa độ sử dụng, một là hệ trục toạ độ mặt đất được

trục tọa độ quán tính (Inertial coordinate system); một hệ trục

tàu bay (Body coordinate system).

❑ Vai trò

▪Nghiêncứu khả năng tạo lực nâng trong quá trình chuyển động

của tàu bay

▪Lực cản nhỏ nhất đảm bảo tiêu tốn năng lượng ít nhất

▪Nghiên cứu về các loại moment trong quá trình hoạt động của

tàu bay

▪Trợ giúp các hoạt động trong quá trình bay.

❑ Phânloại

Fundamentals of Aerodynamics, Anderson, page 68

B Low-density and free-molecule flows

AERODYNAMICS

A Continuum flow

C Viscous flowD Inviscid flow

F Compressible flowE Incompressible flow

❑Số Mach (Mach number):V

-Phân loại chế độ dòng chảy theo số Mach:

a: vận tốc âm thanh (speed of sound)

❑ Phânloại

(a) Subsonic

flow(b) Transonic

flow with M<1

(c) Transonic M∞ < 0.8

Thin hot shock layer with viscous interaction and

chemical

❑ Ápsuất

- Ápsuất là áp lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích Ápsuất trung bình được tính theo công thức sau :

FP

A

=

F : lực theo phương pháp tuyến (n)A : diện tích (m2)

- Ápsuất không khí (air pressures):

Có 3 thànhphần áp suất khi nói đến áp suất không khí, đó là: ápsuất toàn phần (total pressure), áp suất tĩnh (static pressure), và ápsuất động (dynamic pressure).

❑ Ápsuất

▪“Total pressure”: là áp suất đo được khi đưa dòng khí chuyển độngvề trạng thái dừng, vì vậy nó còn được gọi là áp suất điểm dừng.Một trong các dụng cụ dùng để đo áp suất toàn phần là ống Pitot.

▪“Static pressure”: là áp suất đo được theo phương vuông góc vớidòng khíchuyển động thông qua các lỗ.Đây là đại lượng được nóiđến khi áp suất không khí (air pressure) được đề cập ở các tài liệukhíđộng lực học.

▪“Dynamic pressure”: là áp suất do chuyển động của dòng khí, làthànhphần áp suất song song với dòng chuyển động.

Ptotal = Pstatic + Pdynamic

21

dynamic

pp

=

-Gọi p0 là ápsuất củakhông khíở cao độ mặtnước biển, p là áp suấtcủa không khí ở cao độbất kỳ, ta có:

❑ Ápsuất

- Barometric Altimeter: làmột dụng cụ cho phép xác định áp suất tĩnhcủa không khí Thủy ngân thường được sử dụng trong Barometer Đểxácđịnh cao độ của tàu bay, ta có dùng Hg – Barometer.

P=g h

Aneroid Barometer

Hg - Barometer❑Cao độ

BAROMETER ALTIMETER❑Cao độ

❑Nhiệt độ (Temperature):- Được dùng như là một thước đo đánh giá sự chuyển động giữa các

phântử bên trong lưu chất Đóng vai trò quan trọng đối với dòngchảy ở tốc độ cao

-Đơn vị đo nhiệt độ chuẩn trong hệ SI: Kelvin (oK)

9

325

5273.15459.67

9459.67

❑Khối lượng riêng (Density):

MassUnit volume



=

❑Khối lượng riêng (Density):

Khối lượngriêng củakhông khítheo nhiệt

độ (nguồnWikipedia)

-Độ nhớt động học (Kinematic viscosity):





=

❑ Tínhnhớt (Viscosity):- Đơn vị của độ nhớt động học là Pascal-second (Pa.s) với:

1 Pa.s = 1 kg/ms1 Poise = 0.1 kg/ms; 1 cP = 0.001 kg/ms

- Đơn vị của độ nhớt động lực học là Stokes với:1 stokes = 100 centistokes = 0.00001 m2/s

1 centistokes = 1 mm2/s-Đối với không khí, tính nhớt phụ thuộc phần lớn vào nhiệt độ Theo

đó, tính nhớt sẽ tăng khi nhiệt độ tăng Độ nhớt của không khí ở 15oClà:  = 1.78× 10-5kg/ms.

❑ Tínhnhớt (Viscosity):

- Ta cóthể dùng công thức thựcnghiệm của Sutherland sau:

320

2

TC

< T < 555 K with an error due topressure less than 10% below3.45 MPa

❑Số Reynold (Reynold number):

độ nhớt động học của môi trường

𝜈:

- Bầu khí quyển bao gồm không khí với khoảng 78% là Nitơ, 21% làOxi, vàkhoảng 1% là các chất khí khác (trong đó hơi nước thuộc vềnhóm này).

- Phần lớn các hiện tượng liên quan đến khí động học trên tàu bayđều được khảo sát trong môi trường không khí được giả định làđồng nhất (homogeneous gas) Và khi đó ta có thể áp dụngphương trình trạng thái khí lý tưởng:

▪Phương trình trạng thái của khí lý tưởng:p=RT trong

đó,

2

3

op: atmospheric pressure (N/m )ρ: air density (kg/m )

R: specific gas constant (for dry air: R = 287.053 J/kg.K)T: absolute temperature ( K)



- Theođiều kiện bầu khí quyển tiêu chuẩn, các đặc tính của bầu khíquyển ở cao độ mực nước biển tiêu chuẩn (mean sea-level propertiesof atmosphere) là:

go= 9.806 (m/s2)po= 1.013×105(N/m2)

Bầu khí quyển được phân chia theo caođộ bao gồm:

• Tầng đối lưu• Tầng bình lưu.• Tầng giữa

• Tầng nhiệt quyểnĐối với các dòng tàu bay "subsonic" tachỉ quan tâm đến hai vùng của bầu khíquyển, đó là: vùng đối lưu (Troposphere)có caođộ trung bình 11,000 m tính từmực nước biển chuẩn, và vùng đối lưu(Troposphere)hoặcbìnhlưu(Stratoshpere) tùyvĩ độ có cao độ trongkhoảng từ 11,000 m đến 20,000m.

- Sự thay đổi của nhiệt độ, áp suất và khối lượng riêng của không khíứng với bầu khí quyển tầng đối lưu: (h  11000 m)

p= =

g1λ Roo

g1λ R

ρ

R = 287 J/kg.K

- Sự thay đổi của nhiệt độ, áp suất và khối lượng riêng của không khíứng với bầu khí quyển tầng bình lưu: (11000 m  h  20000 m)

Lấy cao độ tham chiếu là cao độ 11000 m, ta có:

refref

o

5.2565ref

o

4.2565ref

o

Tθ0.75189

Tp

pρ

ρ==

g h 11,000

R.To

T

Tp

pρ

6000 m

4000 m

2000 m

1 hPa = 8,5 m (28 Ft)1 hPa = 12,5 m (41 Ft)1 hPa = 15,5 m (51 Ft)

1013,25 Hpa

Isothermal

Inversion

- 6,5° every 1000 m.- 2° every 1000 Ft

15° C

Tìm ápsuất và khối lượng riêng ở cao độ 10.000 m và 20.000 mtrongbầu khí quyển tiêu chuẩn.

▪ Bàitập:

Ống Pitot (Pitot tube): là dụng cụ để xác định vận tốc tàu bay, thôngqua ápsuất toàn phần và áp suất tĩnh.

❑ Ápsuất

❑ Ápsuất

Pitot tube

❑ Ápsuất

❑ Ápsuất

Static port

❑ Ápsuất

❑ Ápsuất

❑Cao độ

❑Cao độ

❑Cao độ

Flight Levels

Transition Layer

TransitionAltitude

TransitionLevel

1013.2

QFE

Transition Level

Transition Altitude

❑Cao độ

❑Cao độ

❑Cao độ

❑Cao độ

Bạn đang ở độ cao sân bay 1500 ft so với mean sea level.Biết áp suất tại mặt đất đo được là 950 hPa.

• Tính giá trị QNH ?• Tính giá trị FL ?

Altitude = 1500 Ft

QNH = 950 Hpa + 53 Hpa = 1003 Hpa

1003

QNH = 1003 HpaAltitude = 1500 Ft

= 53 Hpa

950

QFE = 950 Hpa=>Height = 0 ft

QNE = 1013 Hpa

❑Nhiệt độ (Temperature):

- VIAS: làvận tốc hiển thị bởi thiết bị đo (Indicated airspeed) Vận tốcnày xácđịnh từ độ chênh áp suất ghi nhận từ thiết bị đo, sau đo quyvề điều kiện khí quyển tiêu chuẩn ở cao độ mặt biển (Standard sea-level air), vàbỏ qua các sai số do thiết bị đo, do vị trí đặt thiết bị,cũng như do tính nén được của không khí.

Hệ số áp suất điểm dừng (stagnation pressure coefficient):

(*)

Đối với dòng không nén được,khối lượng riêng và nhiệt độcủa dòng khí được giả thiết làkhôngđổi trong cả trườngchuyển động của nó Tuynhiên, khivận tốc tàu baytăng lên, sự thay đổi áp suấtlớn hơn được tạo ra dẫn đếnsự nén của các phần tử lưuchất, là nguyên nhân làm giatăng nội năng của dòng màthể hiện rõ nhất là sự tăngnhiệt độ.

MCPo

- VTAS: làvận tốc VEASsau khiđã được hiểu chỉnh để xét đến cácảnh hưởng của sự thay đổi khối lượng riêng của không khí theocaođộ (True airspeed) Đây chính là vận tốc thực của tàu bay.

EASTAS

VV

σ=

- VGS: Ground speed:tốc độ thực tếcủa tàu bay khi nhìn từ mặt đất.

hưởng của gió.

• Gió xuôi (tailwind): VGS tăng

• Gió ngược (headwind): VGS giảm

V=V+V

V=V−V

Ground Speed = True Air Speed ± Wind Component

- Relative wind:vận tốc gió tương đối - là hướng di chuyển của

sẽ song song với hướng dịch chuyển của máy bay nhưng ngượcchiều.

- Số Mach: là tỉ số giữa TAS và vận tốc âm thanh.

VM

a

=

a=RT

̶ Ảnh hưởng độ cao trong tầng đối lưu (troposphere): với số Machkhông đổi khi PA   TAS 

̶ Ảnh hưởng độ cao trong tầng bình lưu (stratosphere): với sốMach không đổi khi PA   TAS = constant

̶ Ảnh hưởng của nhiệt độ: với số Mach không đổi khi Temp  TAS 

Pilot Handbook - FAA

Lift is the force that acts at a

right angle to the direction of motion through the air Lift is created by differences in air pressure

Weight is the force of

gravity It acts in a downward direction—toward the center of the Earth