Báo cáo môn học thí nghiệm kỹ thuật hàng không 2 bài 4 khảo sát biên dạng chong chóng diều lượn có Động cơ

1 Mục đích thí nghiệm Hiểu cách tính lực cản và làm chủ các thiết bị đo lực khí động Đo đạc và xác định đặc tính lực cản của cô thể phi lưu tuyến đạng hình cầu, giọt nước, tam phang.. C

Nguyễn Thanh Sang 1813804

Contents

1 Mục đích thí nghiệm SH TH TH TT HH TH TT TT TT KT TT TT V9 kh 3

2 — Mô tả thiết Dị ST TT TH TH TH KH HT TT HH TH TT HH TT Tà TH TT Tà Tà TT TH Hết 3

2.2.1 Mô tả cân khí động (FMI101 Three Component Balance - + - + nxersierrseerrx 3

"00000, 8n 6 (Vr 11 cha an ầầiẳộẳộiaaầäẠIỪ:':®:©ÊÀ:»®©ÊÃÝ ' 11 3.1 Bảng số liệu thu 0N) n6 (.(/( (<4 aaee eee aaee ene 11 3.2 Dura v6 dom vi tite ceceeececesceccecesceccecceececeeveccesvacessavseceevaceescavsesansassevsesersansesuavsueaevaneeseavervaneaneeees 13

4 DO thi va han Xt occ eececeseseeececesseccscceesaceeveceessavseseevaceesaesevaesaevavsaceevaucersaveeseavausaesaceevaesarvavsseevaneervanereeseas 20

5 Tai liéu tham khao

1 Mục đích thí nghiệm

Hiểu cách tính lực cản và làm chủ các thiết bị đo lực khí động

Đo đạc và xác định đặc tính lực cản của cô thể phi lưu tuyến đạng hình cầu, giọt nước, tam phang

Vận dụng các kiến thức liên quan đến lớp biên, sự tách rời lớp biên, sự hình thành các xoáy

do tách rời lớp biên để giải thích các hiện tượng

Đánh giá được các yếu tố ảnh đến lực cản: hình đạng vật thể, tính chất của đòng và đưa ra Các đề xuất đề tối ưu lực cản

2_ Mô tả thiết bị

2.1 Ông khí động

Ông khí động (hầm gió) có các đặc trưng tiêu biêu: (1) loại hở, (2) vận tốc tôi đa của không

khí trong tiết điện khảo sát là 38 m/s (137 km/h), (3) Sô Mach 0.1, (4) tiết điện khảo sát kín

có kích thước 400 mm (cao) x 500 mm (rộng) x 1000 mm (dài)

Hình 2.1: Ống khí động hở tại PTN KTHK

2.2Gân khí động

2.2.1 Mô tả cân khí d6ng (FM101 Three Component Balance)

Cân khí động là thiết bị phô biến trong thực nghiệm khí động lực học Cân khí động FM101

cung cấp một hệ thông hỗ trợ dễ sử dụng cho các mô hình hằm gió đề đo ba thành phần lực

và moment khí động tác động lên mô hình: lực nâng, lực cản và moment ngóc chúc Cân

N bs Model support center line

Hình 3 cho thấy việc xây dựng và xác định các thành phần chính của sự cân bằng bao gồm khoảng cách giữa hai cảm biến đo lực nâng Ba lực được xác định sơ bộ la: fore lift, aft lift,TNKTHK 2: Đo lực và moment khí động - Biên soạn: TS Lê Thị Hồng Hiếu Trang 5

drag Khoảng cách giữa Fore Lift và Aft Lift là 120mm và chúng cách 60mm kể từ đường

trung tâm của hệ thông Nghĩa là nó đang ở vị trí đối xứng qua đường trung tâm

Lift force = Force lift + Aft lift

Hệ thống có đường kính trung tâm khoảng 12mm, được lắp vào khoan của đĩa hỗ trợ mô hình và được bảo đảm bằng một ống kẹp chặt bởi các mô hình kẹp Đĩa hỗ trợ chế độ có thê

tự do xoay 360 độ trong tắm lực điều chính góc tới của mô hình, trong khi vị trí của nó có

thể bị khóa bằng một kẹp tỷ lệ Tấm lực được khóa ở vị trí của hai kẹp tâm, và những nên

luôn luôn được thắt chặt khi không sử dụng, hoặc khi thay đối mô hình, đề tránh thiệt hai

cho các thành phản tải KHÔNG THẮT QUÁ CHẶT HAI KẸP TÂM, chỉ xoắn nhẹ là đủ

để khóa các tắm lực Thắt quá chặt có thể làm hong flexures

Các lực tác dụng lên các tâm lực được truyền bằng cách cáp linh hoạt để căng các thành phan tai do tuong img cac luc Force lift, Aft lift va Drag Day cap cho luc can, nam theo chiều ngang, hoạt động trên một đường thắng di qua trung tâm của mô hình hỗ trợ, trong khi hai loại cáp dọc của Aft lift và Force lift hoạt động theo chiều dọc thông qua các điểm

xử lý với khoảng cách bằng nhau từ đường trung tâm của mô hình

Các dây cáp từ ba thành phân tải lực được kết nối bằng dây cắm 5 chân, nó có đưa vào Các

ô cắm 5 chân vào tắm chắn sau của màn hình hiển thị và bảng điều khiển Ở mặt sau của thiết bị hiển thị và bảng vận hành cũng có 3 ô cắm 2 chân: 0-10V tín hiệu đầu ra tương tự bằng cách này người dùng có thể sử dụng tín hiệu này để tham gia với giao diện khác

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của cân khí động

2.2.2.1 Cam biến đo lực

Cảm biến đo lực (Load cell) là thiết bị dùng đề chuyên đối lực thành tín hiệu điện Có thê

phân loại loadcells theo:

- Phan loai Loadcell theo lyc tac déng: chiu kéo (shear loadcell), chiu nén (compression loadcell), dang uén (bending), chiu xoan (Tension Loadcells)

- Phan loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu, cầu bị, cầu trụ, đạng chữ S

Cảm biến lực LCEB loadcell sử dụng trong cân khí động học FM101có các thông só nhà

Sản xuất đưa ra như sau:

Model : LCEB-50 Date: 14-May-13

Output Resistance-ohms cà nhe 350+3.5

Recommended Excitation-VDO nhe 10

Non-Linearity-%Rated Output nhe <+0.03

Hysteresis-%ated Output nhe <z0.02

Temp Range Compensated - si (-15 to 650C) 0 to 1500F Temperature effect on zero-% Rated Output/1000F +0.15

Zero Balance-%Rated Output nhe <+1

2.2.2.2 Cấu tạo của cảm biến đo lực

Strain gauge: là thành phần cấu tạo chính của một loadcell, nó bao gồm một sợi dây kim loại mảnh đặt trên một tâm cách điện đàn hồi Để tăng chiều dài của dây điện trở strain

gauge, người ta đặt chúng theo hình ziczac, mục đích là đề tăng độ biến dạng khi bị lực tác

dụng qua đó tăng độ chính xác của thiết bị cảm biến sử dung strain gauge

R= Điện tro strain gauge (Ohm)

L = Chiều dài của sợi kim loai strain gauge (m)

S = Tiết diện của sợi kim loại strain gauge (m2)

p = Điện trở suất vật liệu của sợi kim loai strain gauge

Khi dây kim loại bị lực tác động sẽ thay đổi điện trở

Khi dây bị lực nén, chiều dài strain gauge giảm, điện

Khi dây bi kéo dãn, chiều dài strain gauge tăng, điện trở sẽ tăng lên

Điện trở thay đối tỷ lệ với lực tác động

2.2.2.3 Đo lực bằng cân khí động 3 thành phan

Nguyên lí hoạt động của cân khí động học là n

dựa vào nguyên lý của cảm biến đo lực loadcc

gió, gió thôi, khi đó xuất hiện lực Drag và hai lự

Aft lift và Force lift ( nếu có),lực này tác động

lên thanh trụ gắn với mô hình được đặt bên tro

Model support center line Hai lực Aft lift v

Force liÑ sau khi tác động lên thanh trụ sẽ truyèi

tới dây cáp, làm nén dây cáp gắn với 2 cảm b

trụ sẽ truyền tới dây cáp, làm kéo dây cáp n

Khi đó các loadcell có tác dụng chuyên đổi lực

tác dụng thành tín hiệu điện Việc chuyên đôi t

hiệu điện thành tín hiệu số được thực hiện boi k

chỉ thị CM-013 Loadcell Indicator

Khi đặt mô hình vào đúng vị trí bên trong hàn `

loadcell Còn lực Drag sau khi tác động lên thả |

Ki oes (s 3: Speci function hey

[AN] UP increments parameters ane hansen (F] FUNCTION Pressed for approx 2 second to Ente Meus or pressed once to Ext sub Mena

Hình 2-5: Bộ chi thi CM-013 Loadcell Indicator

Hình 2-6: Bộ chỉ thị CM-013 Loadcell Indicator tai PTN KTHK

2.2.3 Cách hiệu chỉnh, xây dựng đường đặc tính hoạt động của cân khí động 2.2.3.1 Lắp đặt mô hình cho quá trình hiệu chỉnh:

- Chèn hoặc kéo mô hình từ Model Support Dis

- Mở khóa Incidence clamp va điều chính Mo

Support Disc ve vị trí “0” (hoặc thay đổi góc tới đ

với mô hình) Sau đó khoa lai bang Incidence

- Gắn có định tâm khí động vào bộ khung chuyên dụng (tf

kế cho việc xác định đường đặc tính hoạt động), đặt bộ khu

trên mặt bàn Lắp ròng rọc như bồ trí trên Hình 3-7

- Dùng cáp tín hiệu liên kết cân khí động và thiết bị hiền th

- Dùng thước giọt nước đề kiêm tra các bộ khung nằm nga

- Lắp đặt thanh chữ T vào vị trí lắp đặt mô hình, trục thanf

song song mặt bàn Bật thiết bị hiện thị chờ vài phút ch‹

thống ốn định Nhắn F3 đề đi tới màn hình thiết lập đườn

2.2.3.2 Xác định đặc tính thành phân lực cản: Newfon -VOIt

- Tháo và điều chinh núm đồng với vai trò trung

tâm trên cánh tay hiệu chuân

- Chạy dây xung quanh ròng rọc

- Treo móc trọng lượng ở đâu kia của dây Nhân

- Tháo và điều chinh núm đồng với vai trò trung

tâm trên cánh tay hiệu chuẩn

- Treo móc trọng lượng trên núm Nhắn F3 đẻthi

- Tháo và điều chinh núm đồng với vai trò trung

tâm trên cánh tay hiệu chuẩn

- Treo móc trọng lượng trên núm Nhắn F3 đẻthi

lập không

- Đưa khối lượng 4 kg trên móc Nhắn F4 đẻ thiết

lập 4000gm

Tiến hành thí nghiệm

Các bước tiến hành:

Bước L: Bật nguồn hộp điều khiển quạt, bật công tắc quạt, vặn tần số trên bảng điều khiển

về 0 Hz Bật công tắc bộ hiển thị

Bước 2: Khóa chặt Two centring clamps

Bước 3: Nới lỏng Model clamp Đưa có thê vào testsection thông qua nắp chắn test section

Từ bên trong testsection, thanh trụ của vật thể xuyên qua Model clamp của cân khí động Bước 4: Vặn chặt Model clamp đê kết nối vật thể với cân Nới lỏng kẹp góc, điều chính góc đặt của vật thê

Bước 5: Nới lỏng hai centering clamps

Bước 6: Vặn nút chỉnh tần sé lên giá trị mong muốn, đọc số đo hiển thị trên màn hình Drag

Bước 7: Vặn tần số về 0 Hz, quan sát sô trên màn hình Drag Nếu số giảm về 0 thì lần đó

Hình 3-1: Đồ thị quy đôi vận tốc gió của ống khí

động PTN KTHK

Đổi số liệu Drag thu được trên máy chỉ thị từ gr =>=N:

Ta có sô liệu như sau:

2.637132) 0.025844 3.3436 0 4.234554) 0.041499) 0.036659379

4.350573) 0.042636 7.0146 0 11.83252| 0.115959} 0.122390975

183.00041| 0.127404 12.6357| 0.12381 27.750320.271955 10.6856 0 29.04764| 0.284667) 0.277403471

28.12147 0.27559 49.61147) 0.486192 14.3566 0 50.88009) 0.498625 0.497881575

51.92117| 0.508827 80.37834 0.787708 18.0276 0 80.76024 0.79145| 0.789686078

80.60206 0.7899 117.8788} 1.155212 21.6986 0 116.6038] 1.142717) 1.148550125

117.1144] 1.147722

Bước 2: Tính lực can qua thanh dựa vào hệ số lực cản tham khảo ở hình 4.5

Bước 3: Lực cản cô thể = Tổng lực cản — Lực cản qua thanh

Bước 4: Tính hệ số lực cản qua cô thê

s Hình giợt nước

Table 3 :Bang tinh hé sé lc can va sé Reynol c#a hình giọz „ước

D_Average_All(N) D_giotnuoc C_D_giotnuoc Re

0.034692947 0.019316894 0.47335793 3940.960778

0.088225594 0.049123658 0.273505374 21025.39206 0.183507721 0.102176366 0.245150966 66619.26766

4 Hình bán cầu

Table 4 Bảng tính hệ số lực cán và só Reynol c¿a hìnhbán cầu

e Hình bán cầu :

5 Tài liệu tham khảo

e_ J.D Anderson, Fundamerrals of Aerodynamics, McGraw-Hill, 2001

e W Phillips, "Chapter 1- Overview of Aerodynamics," in Aerodynamics of

Flights

e_ Giáo trình Cơ Lưu Chất ĐHQG