Máy bay cánh delta ổn định và điều khiển ở vận tốc thấp

Máy bay cánh delta ổn định và điều khiển ở vận tốc thấp

LỜI CẢM ƠN

Sau gần 4 tháng nỗ lực thực hiện, đồ án thiết kế kĩ thuật của nhóm đã hoàn thành và đạt được nhiều kết quả, ngoài sự cố gắng hết mình của nhóm chúng em

đã nhận được rất nhiều sự ủng hộ giúp đỡ từ phía nhà trường, thầy cô và bạn bè

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường ĐHBK Tp Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu Đặc biệt chúng em xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc đến Ts Ngô Khánh Hiếu và anh Nguyễn Trọng Thức đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đồ án

Xin cảm ơn tấc cả bạn bè đã động viên giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập và hoàn thành đồ án

Tp Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 7 năm 2011

Nhóm thực hiên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

……

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………

………

………

………

………

………

………

……

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC Lời cảm ơn 1

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2

Nhận xét của giáo viên phản biện 3

I.Giới thiệu chung về cánh delta 5

II.Mô máy bay cánh delta

1.Tính toán mô hình 5

2.Thiết kế mô hình 13

3 Chế tạo mô hình 13

III.Ổn định và điều khiển 1.Lý thuyết chung về ổn định 16

2.Những chuyến bay mô hình thực tế 19

IV.Kết luận 1 Những ứng dụng của mô hình 19

2.Những kiến thức thu được trong quá trình làm mô hình Tài liệu tham khảo 20

MÁY BAY CÁNH DELTA -ỔN ĐỊNH VÀ ĐIỀU KHIỂN Ở VẬN TỐC THẤP

I. Giới thiệu chung về cánh delta

Năm 1961, công nghê chế tạo tên lửa phát triển mạnh và bắt đầu đc áp dụng

từ đề xuất của kỹ sư quân sự Kazimierz Siemienowicz người Lithuania- Ba Lan Điều này đã khiến hệ thống đánh chặn máy bay trở nên mạnh mẽn đến đáng kể

và những chiếc máy bay truyền thống đánh mất ưu thế chiến đấu

Những mấu thiết kế đầu tiên được gọi là mẫu không đuôi ngang cánh bằng (tailless- delta), cánh có dạng hình tam giác nên sau đc gọi là máy bay cánh delta.Alexander Lpippish ở Đức là người đi tiên phong trong lĩnh vực này với 1 mẫu delta cánh bằng và 4 chiếc cải tiến của nó Máy bay dạng này đc cải thiện đáng

kể về tốc độ, nhưng rất khó xử lý ở tốc độ chậm; mặc khác loại này cũng chỉ hoạtđộng với góc quay lớn do đó khó điều khiển

Từ đó, các nhà kĩ thuật đã đưa ra rất nhiều biện pháp nhằm cải tiến mẫu máy bay dạng này Gloster Javelin một kỹ sư người Anh đưa ra mẫu có đuôi phẳng nhằm cải thiện ở tốc độ chậm tăng tính cơ động ở tốc độ cao và tăng tính ôn định của máy bay

Các mẫu cải tiến về sau còn được cải tiến ở việc gắn thêm kết cấu cánh mũi canard phía trước cánh chính của máy bay, hay thêm những cánh ổn định đứng vào cánh chính hoặc thân máy bay Tất cả những cải tiến đó nhằm thay đổi luồng không khí qua cánh, nâng cao khả năng quay góc, cải thiệm xử lý ở tốc độ thấp

Với chuẩn NACA 4412

Đường camberline của airfoil chuẩn NACA 4 số có dạng

Bề dày airfoil có phương trình

Đường upper và lower có dạng

với :

Chuẩn NACA 4412 :

+Bề dày lớn nhất 12% chiều dài airfoil : t=0.12

+Max của đường camber 4% chiều dài airfoil : m=0.04

+Vị trí mã camber là 40% chiều dài airfoil : p=0.4

Dựa vào các công thức trên ta có đoạn code được viết bằng phần mềm Maple

Ta có đồ thị hệ số lức nâng, lực cản cho airfoil NACA 4412

Cánh delta thiết kế là cropped delta có dạng như hình bên dưới

Diện tích cánh

Hệ số co(aspect ratio):

Chiều dài dây cung cánh trung bình là:

Với hệ số vút nhọn (taper ratio)

Góc sweep (1/4 chorld line)

Góc sweep (haft chorld line)

Hệ số Reynolds

Vận tốc bay là 15m/s chiều dài dây cung cánh trung bình là 280mm, khối lượng riêng không khí là 1,225kg/m3 ,hệ số nhớt động học của không khí là 1,46x10-5 tatính được hệ số Reynolds của mô hình

Ta thấy đường biểu diễn của Cl ứng với hai hệ số Reynolds Re=3000000 và Re=250000 khá gần nhau và có hệ số góc tương đương nhau Vì vậy ứng với hệ

số Reynolds Re=350000 ta có thể lấy hệ số góc cho đường Cl của airfoil NACA

4412 bằng với hệ số góc của đường ứng với hệ số Reynolds Re=250000

Áp dụng công thức Helmbold đối với cánh 3D dạng delta

Chọn hệ số e=0,9 suy ra

Vậy ta có

Chọn góc tấn

Lực nâng cánh tạo ra khi bay với vận tốc 15m/s

Với góc tấn lực nâng cánh tạo ra là

Vậy để mô hình bay cánh delta hoạt động ổn định thì khối lượng của mô hình phải không vượt quá 600g

Đuôi đứng

Để làm cho moment quay nhỏ thì đuôi đứng phải nghiêng một góc nhất định.Đối với mô hình nhóm đưa ra góc nghiêng của đuôi đứng là khoảng 130

Các mặt cắt có được sẽ được khoét rỗng để giảm khối lượng và tạo các rãnh

để gép lại với nhau tạo nên hình dạng máy bay

Tổng khối lượng mô hình phải nhỏ hơn 600g

Khối lượng 2 servo: 2x10g=20g

Khối lượng ESC là 15g

Khối lượng pin là 105g (pin 3cell 1000Amh)

Khối lượng động cơ là 70g

Suy ra khối lượng mô hình nguyên khoảng 390g

Sau khi dựng mô hình 3D dùng AutoCAD ta tính được khối lượng mô hình khoảng 400g

Bản vẽ chi tiết đính kèm(phụ lục)

3 Chế tạo mô hình

Những vật liệu được dùng để chế tạo mô hình là ván ép, gỗ basa, xốp và đề canCông cụ chế tạo mô hình:

- Máy cắt laser

- Máy khoan cầm tay

- Dụng cụ cắt gọt bằng tay

-Keo dán sắt

Quy trình chế tạo mô hình

-Dùng máy cắt laser để cắt các chi tiết của mô hình bằng ván ép và gô basa-Lắp ráp các chi tiết theo thiết kế và cố định bằng keo dán

-Phủ decan

Khối lượng bộ khung mô hình là 100g

Sau khi hoàn tấc tổng khôi lượng mô hình là 540g

III. Ổn định và điều khiển

1.Cơ sở lý thuyết

Để máy bay ổn đinh theo chiều dọc thì trọng tâm của máy bay nào cũng phải nằm trước điểm trung lập (neutral point) Đối với máy bay có đuôi theo phương nằm ngang thì rất đơn giản để có vị trí trọng tâm nằm trước điểm trung lập trong giới hạn tĩnh giữa trọng tâm và điểm trung lập

Đối với một cánh hình chữ nhật, điểm trung lập nằm ở khoảng ¼ dây cung cánh Đối với cánh delta (cánh có sweep) giá trị này được tính với dây cung trung bình của cánh

Để điều chỉnh moment quanh trọng tâm ta có thể tạo xoắn cho cánh Tuy nhiên việc tạo xoắn cho cánh rất khó chính xác khi việc chế tạo mô hình chủ yếu bằng tay Do đó việc điều chỉnh moment chủ yếu dựa vào việc điều chỉnh đuôi đứng.

Đuôi đứng được thiết kế nghiêng một góc 130 như đã tính toán ở trên Khi

đó lực tác dụng lên nó có cánh tay đòn đến trọng tâm là ngắn nhất đồng nghĩa vớiviệc giá của hợp lực tác dụng lên đuôi đứng cắt trục dọc đi qua trọng tâm của máy bay

Thay vì có cả eleron và elevator, máy bay delta chỉ còn có bộ phận điều khiển là elevon Elevon làm luôn cả nhiệm vụ cuẩ ruder.Máy bay cánh delta có 2

hai hướng ngược nhau thì máy bay sẽ chuyển hướng về phía elevon nghiêng về phía trên.

Cơ cấu điều khiển của máy bay delta rất đơn giản cho nên để máy bay hoạt động một cách êm xui thì việc điều khiển trở nên khó khăn

Phân tích động học

Lực kéo của động cơ

- Động cơ được dùng để tạo lực kéo là động cơ điện

- Lực kéo động cơ tạo ra khi quay với vận tốc 8000 vòng/phút sử dụng chong chóng loại ACP SlowFlyer Propeller 10”x4.7” có đồ thị phụ thuộc vận tốc như hình

Nhìn trên đồ thị ta thấy lực kéo lớn nhất mà động cơ có thể tạo ra là khoảng

10N Máy bay giả sử đang bay ở vận tốc 15m/s thì lực kéo của động cơ là khoảng2,5N

Qua nhiều lần bay thử, nhóm nhận thấy mô hình đelta có độ ổn định rất thấp và khó điều khiển

IV. Kết luận

1 Ứng dụng của máy bay cánh delta

Mô hình delta là một mô hình bay nhạy và độ ổn định không cao Việc tìm trọng tâm là bài toán khó và chủ yếu được dựa vào thực nghiệm

Vì máy bay cánh delta có độ nhạy khá cao nên rất thích hợp để dùng thử nghiệm khả năng đáp ứng của các mạch điều khiển bay tự động Khi mạch hoạt động tốt đối với các may bay cánh delta thì nó cũng sẽ hoạt động tốt đối với các may bay cánh bằng

2 Kiến thức thu được trong quá trình tính toán thiết kế mô hình

- Tìm hiểu cách sử dụng máy cắt laser và các công cụ khác

-Sử dụng phần mềm AutoCAD để thiết kế tính toán khố lượng một mô hình máy bay

-Hiểu rõ thêm một số tính chất vật liệu dùng để chế tạo mô hình và biết cách lựa chọn vật liệu phù hợp

-Canh chỉnh mô hình, sử dụng một số thiết bị điều khiển máy bay mô hình

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]Flight Stability And Automatic Control _Robert C.Nelson[2]RC Model Aircraft Design _Andy Lennon

[3]Aircraft Performance and design Jonh D Anderson

[4] Bài giảng của Ts Ngô Khánh Hiếu

[5]www.wikipedia.com/NACA/