Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy bay cực nhỏ cánh vẫy điều khiển từ xa

§å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Đồ án tốt nghiệp Đầu đề: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế máy bay cực nhỏ cánh vẫy điều khiển từ xa Thơng số cho: - Trọng lượng tồn máy bay bao gồm thân cánh, động cơ, pin, cấu khí, cấu điều khiển 150g - Sải cánh tối đa 180 mm - Lực nâng tối đa bay bình ổn 200g - Vận tốc bay bình ổn v = 30km/h - Trần bay 500m, bán kính hoạt động km A- Phần thuyết minh tính tốn: - Phần 1: + Nghiên cứu tổng quan phát triển nghiên cứu MAV giới + Lựa chọn kết cấu cho MAV1V theo đầu + Xác định thơng số kích thước hình học khí động học cho MAV1V - Phần + Nghiên cứu tính tốn thiết kế cấu khí biến chuyển động tròn động thành chuyển động theo u cầu cánh vẫy + Tính tốn chọn động cơ, cơng suất, số vòng quay, hộp số theo u cầu cánh vẫy + Xây dựng đặc tính phối hợp động MAV 1V làm việc chế độ bay - Phần + Nghiên cứu đặc trưng khí động cánh vẫy, chất hình thành lực nâng MAV1V Ngun Trinh HiÕu KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy + Xác định quy luật chuyển động cánh để hình thành lực nâng + Xác định kích thước hình học cánh theo u cầu đầu + Thiết kế khí động học cánh vẫy B- Phần thực nghiệm + Thiết kế chi tiết phận MAV1V + Chế tạo thử nghiệm MAV1V cung cấp nguồn điều khiển dây + Xác định thơng số động lực học MAV1V C- Phần bảo vệ - Phần bảo chung + Bảo vệ kết nghiên cứu giới + Bảo vệ lựa chọn kết cấu MAV1V +Bảo vệ đặc tính làm việc MAV1V với động - Phần riêng Nguyễn Trinh Hiếu + Bảo vệ cấu tạo chuyển động vẫy cánh + Bảo vệ phần điều kiện MAV1V Nguyễn Thái Vinh + Bảo vệ chế tạo cánh (thiết kế chế tạo) + bảo vệ xác định lực khí động cho chu kỳ hoạt động cánh (1 lần vẫy) Ngun Trinh HiÕu KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Ngun Trinh HiÕu KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Phần I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BAY SIÊU NHỎ (Micro Air Vehicle) Chương 1: Giới thiệu sơ lược, ứng dụng yêu cầu kỹ thuật MAV 1.1 Giới thiệu máy bay siêu nhỏ MAV MAV (Micro Air Vehicle) loại máy bay nhỏ với kích thước khoảng inches nhỏ hoạt động số Reynold nhỏ 250,000 Nó thể mong muốn tiến xa ngành Hàng khơng, mà khoa học kỹ thuật phát triển cách vượt bậc nay, thời đại mà thứ bắt nguồn từ cơng nghệ Nano Nghiên cứu có tính khả thi MAV cơng ty RAND vào năm 1993 Và phát triển liên tục vào năm sau Trong vòng năm có nhiều nghiên cứu chi tiết thực phòng thí nghiệm Lincoln Kết nghiên cứu trình bày hội thảo MAV mang tên DAPRA diễn năm 1995 Năm 1996, DARPA có nghiên cứu xa với chương trình mang tên SBIR (Small Business Innovation Reasearch) AeroVironment thực giai đoạn việc nghiên cứu với kết MAV có kích thước với inches mang tính khả thi cao Mùa xn năm 1998 AeroVironment định thực hợp đồng giai đoạn SBIR Và kết thu cấu hình máy bay mang tên “Cửa sổ đen” (Black Window) Một vài trường đại học có nghiên cứu mang tính bao hàm máy bay MAV Và đua tranh vấn đề diễn từ năm 1997 trường đại học tiếng trường đại học Florida trường đại học bang Arizona Ngun Trinh HiÕu KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Chúng ta điểm qua chút MAV mang tên Black Window Đây cơng trình nghiên cứu DARPA Trong giai đoạn đầu chương trình nghiên cứu Black Window, vài mẫu dầu tien xây dựng với kích thước inches Có thể nói ẩn số lớn vào thời gian Với loại gỗ balsa, loại cánh có cấu hình khác xây dựng Các kiểm tra đơn giản thực để xác định tỷ lệ lực nâng cản Các kiểm tra diễn MAV có hình dạng dạng đĩa có triển vọng tương lai Một phiên khác MAV đời gắn động Vào mùa xn năm 1996 MAV inches sử dụng động thực thành cơng giây bay lên khơng trung Thời gian bay nâng cao với MAV này, đạt thời gian mức cực điểm với chuyến bay kéo dài tới 16 phút sử dụng pin lithium vào tháng 11 năm 1997 Chiếc MAV nặng 40rgam, điều khiển tay khơng mang thêm lên người Đây mẫu MAV có kích thước inches DARPA thiết kế Đây mẫu MAV phiên DARPA Ngun Trinh HiÕu KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Mẫu MAV với kích thước inches lời minh chứng cho tính khả thi Tuy nhiên, sau u cầu MAV khơng đơn giản trước nữa, trang bị thêm camera với hệ thống điều khiển tiên tiến cho phép hoạt động mà cần người khơng có nhiều chun mơn điều khiển 1.2 Những ứng dụng máy bay siêu nhỏ MAV Những nhiệm vụ MAVs bao gồm giám sát, theo dõi, phát hiện, truyền thông đặt cảm biến bí mật Nhiệm vụ giám sát theo dõi bao gồm thu hình video (ngày đêm ), chụp hình tia hồng ngoại chiến trường khu vực đô thò Những hình ảnh thực cho biết số lượng vò trí lực lượng đối phương Bằng cách thông tin hữu dụng việc giải cứu tin hay hoạt động chống ma tuý Với cảm biến nhỏ, nhiệm vụ phát bao gồm hoạt động sinh học, hợp chất hoá học vật liệu hạt nhân…MAVs sử dụng để nâng cấp hệ thống thông tin liên lạc đô thò nơi khác Ngoài MAV hữu dụng việc dự báo thời tiết, theo dõi cháy rừng hay đòa hình mà người chưa thể đặt chân tới 1.3.Những yêu cầu kỹ thuật Do máy bay bay độ cao thấp với tốc độ thấp nên kết hợp lại, kết bay chế độ với số Reynolds cực thấp Khối lượng MAVs vật thể bay khác quan hệ với số Reynolds biểu diễn hình vẽ Ngun Trinh HiÕu KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Một đặc tính khí động khác MAVs hệ số dạng cánh nhỏ +Hệ số dạng cánh : AR= b2/S Trong b : sải cánh S : diện tích cánh Sự kết hợp số Renoylds bay thấp hệ số dạng cánh nhỏ dẫn đến chế độ dòng tổng hợp khác với máy bay thông thường Mặc dù loại chim nhỏ côn trùng bay điều kiện này, thật môi trường bay mẻ máy bay người chế tạo Những yêu cầu MAVs hoạt động môi trường khác nhau, đô thò, rừng rậm, sa mạc, vùng biển, vùng núi bắc cực Xa nữa, MAVs phải có khả thực nhiệm vụ điều kiện thời tiết Bởi loại máy bay bay độ cao thấp ( 100m) có nhà, cối, đồi … nên thực tế phải có hệ thống tránh va chạm Ngun Trinh HiÕu KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy MAV loại máy bay nhỏ bay với tốc độ thấp Hệ thống MAVs có nhiều khó khăn to lớn mặt công nghệ Bao gồm việc đưa tỷ lệ nhỏ lượng khoang chứa, hệ thống dẫn đường, thông tin hệ thống lực đẩy, khí động điều khiển Những thách thức việc nghiên cứu chế tạo máy bay siêu nhỏ bao gồm : • Khí động học số Reynolds thấp • Hệ số dạng cánh nhỏ • Sự ổn đònh khả điều khiển khối lượng nhỏ, mômen quán tính nhỏ, có gió mạnh thời tiết xấu • Sự thu nhỏ trang thiết bò :động cơ, cấu chấp hành, thiết bò thông tin, dẫn đường, cảm biến… 1.4 Quan hệ lực nâng, lực cản, góc số Reynolds máy bay MAV Đối với máy bay MAV ta xác định đặc điểm khí động thí nghiệm với vận tốc gió 13m/s số Reynolds 113,000 Máy bay gắn trục qua cánh để xác định góc qt gắn góc quay 90 để xác định góc qt trượt cạnh (sideslip) Từ thí nghiệm chúc ngóc, liệng, hướng ta xác định quan hệ thơng số: Hệ số lực nâng, hệ số lực cản, góc Thí nghiệm thực với lên xuống đối xứng cánh lái độ cao (xem hình vẽ) Ngun Trinh HiÕu KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Quan hệ CL góc Quan hệ CL CD Khơng may điều kiện khơng cho phép để đánh giá mặt khí động Sự thay đổi lực mơ men tỷ lệ với thay đổi góc góc trượt cạnh Tuy nhiên, tỷ lệ khơng xác định Chắc chắn, liệu thu từ ống khí động khơng hồn tồn đầy đủ đặc điểm mơ hình động học bay 1.5 Nguồn lượng hoạt động cho MAV Trong thời gian đầu chương trình sản xuất máy bay MAV, đánh giá nhiều loại lượng sử dụng cho MAV, bao gồm động đốt trong, lượng pin, động tuabin siêu nhỏ lượng mặt trời Nhưng qua đánh giá cúng ta nhận lượng tốt để sử dụng cho MAV mẫu pin Lithium Nhiên liệu xăng, dầu, khí đốt có chứa nhiều lượng với mật độ cao pin, nhiên để sản xuất động đốt loại nhỏ gắn vào MAV khó thực Cơng nghệ dung nhiên liệu pin hứa hẹn, khơng có sẵn Động tuabin siêu nhỏ hướng triển vọng, phải thời gian dài để hồn thiện Năng lượng mặt trời Ngun Trinh HiÕu KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy khơng thể đủ cung cấp để trì chuyến bay, người ta dung chúng để nạp nhiên liệu cho pin MAV đậu xuống Pin động điện giải pháp đáng tin cậy Nó hồn tồn khơng đắt đặc biệt khơng gây ồn Tuy nhiên có nhiều loại pin hố học khác Nikel Cadimium (Ni-Cd) hay Nikel-Metal-Hydrid (NiMH) loại pin có cường độ hoạt động cao mật độ lượng lại thấp Loại pin Litium (Li) ngược lại có mật độ lượng dày đặc cường độ hoạt động thấp Ngồi NiCd NiMH sạc lại sau dung hết Li khơng Chúng ta lựa chon NiCd NiMH cho chuyến bay thử nghiệm Litium cho chuyến bay mang tính chất triển lãm Cũng máy bay khác nguồn lượng điều đáng nói Chính đề tài chun gia đưa bàn tán nhiều có nhiều laọi pin khác xem xét nhằm tìm kiếm cho MAV nguồn lượng tối ưu 1.6 Động dùng cho máy bay siêu nhỏ MAV Xun suốt q trình thiết kế MAV, từ mẫu mẫu gần nhất, thử nghiệm đánh giá vài loại động điện Chúng ta tạo loại dụng cụ đo đặc biệt dung để kiểm tra loại động nhỏ, thử nghiệm với loại động hoạt động điều kiện khác Thơng số có từ kiểm tra dung để tạo phân tích tốn học cho loại động Những loại động sau tích hợp mã MDO (Multidisciplinary Design Optimization) Thiết bị đặc biệt dùng để kiểm tra cho thấy hiệu cao 70% đạt động loại nhỏ Hướng sản xuất động lớn cho kết cao mặt lượng sử dụng, tương tự động dùng điện áp cho hiệu Ngun Trinh HiÕu 10 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy C mLE = π ( A2 − A1 ) − C L ) (4.8) 4 Như bên ta tìm mối liên hệ lực nâng mômen lật số phép khai triển Fourier Bước kế tiếo ta phải xác đònh mối quan hệ hệ số chuỗi khai triển Fourier với hình dạng đường trung bình Thay phương trình (4.4) phương trình (4.5) vào phương trình (4.2), thành phần vận tốc theo phương thẳng đứng viết lại dạng: n   π  ∑ An [cos(n − 1)θ − cos(n + 1)θ ]  V  A (1 + cos θ )  v n (θ1 ) = ∫  + dθ π  cos θ1 − cos θ cos θ1 − cos θ      [cos(n − 1)θ − cos(n + 1)θ ] = sin nθ sin θ π cos nθ ∫ cosθ − cos Φ dθ = π sin nΦ (4.9) sin Φ cuối ta v n (θ1 ) = V [− A0 + sin(n + 1)θ1 − sin( n − 1)θ1 ∞ ] ∑ An sin θ1 ∞ = − A0 + ∑ An cos nθ (4.10) →V Thay phương trình (4.10) vào phương trình (4.3) ta được: ∞ dy = α − A0 + ∑ An cos nθ (4.11) dx Ngun Trinh HiÕu 44 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Biểu thức hệ số phép khai triển chuỗi Fourier viết lại sau:     (4.12) π dy An = ∫ cos nθ dθ   π dx  α − A0 = π dy dθ π ∫ dx Các hệ số A0, A1, A2 phương trình (4.12) biến đổi theo cách mà góc α mô men lật biểu diễn giới hạn tung độ đường trung bình giới hạn độ dốc đường trung bình Đại lượng β0 µ0 đònh nghóa theo cách sau để tiện lợi ảnh hưởng thay đổi đó: π y dθ β0 = ∫ (4.13) π c + cos θ π y µ = ∫ cos θ dθ (4.14) c Lấy tích phân biểu thức (4.13) ta được: π π  y − cos θ  dy dx − cos θ β0 =  − ∫ dθ  π  c + cos θ  π c dx dθ + cos θ Số hạng biểu thức y tiến đến θ = π nhanh c − x Điều hầu hết tiết diện cánh Từ phương trình (4.4): dx c c = sin θ = (1 + cos θ )(1 − cos θ ) dθ 2 vậy: π dy β = − ∫ (1 − cos θ )dθ π dx Ngun Trinh HiÕu 45 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Từ phương trình (4.12) ta có: β = A −α + A1 (4.15) Giá trò µ0 số hạng hệ số Fourier A n tính sau: bién đổi phương trình (4.14) ta được: π π dy dx y  µ =  sin θ  − ∫ sin θ dθ c  0 c dx dθ π dy (1 − cos 2θ )dθ dx = −∫ µ0 = − π (α − A0 − A2 ) (4.16) So sánh phương trình (4.7) với phương trình (4.15) ta được: C L = 2π (α + β ) (4.17) Như góc lực nâng αL=0 -β0 độ dốc đường cong lực nâng theo phương trình (4.17) 2π Phương trình cho hệ số mô men lật đầu cánh có cách thay (4.15) (4.16) vào phương trình (4.8) C mLE = (2 µ − π β ) − C L ) (4.18) Hệ số mô men lật điểm ¼ độ dài dây cung kể từ phía đầu cánh : π C mc / = C mLE + C L = µ − β (4.19) Vậy hệ số mô men lật điểm cách ¼ chiều dài dây cung cánh độc lập với hệ số lực nâng Điểm cách ¼ độ dài dây cung đay tâm khí động lực học cánh có tiết diện mỏng Ngun Trinh HiÕu 46 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy c Thay biểu thức: x = (1 − cos θ ) vào phương trình (4.13) phương trình (4.14) ta được: β0 = ∫ µ0 = ∫ y x dx f1 ( ) (4.20) c c c y x dx f2 ( ) (4.21) c c c đây: x f1 ( ) = c π [1 − x c x x (1 − ) ] c c x c x x (1 − ) c c 1− x f2 ( ) = c Để tránh xoáy đầu cánh hệ số A0 phương trình (4.15) phải π dy Từ phương trình (4.12) A0 = : α 0= π ∫ dx dθ Thay giá trò dx từ phương trình (4.4) vào ta được: π α 0= π ∫c dy.dθ sin θ dθ Tích phân biểu thức ta được: π π  y / c  y / c cos θ α0 =   + π ∫ sin θ dθ π  sin θ  0 Theo phương trình (4.13) số hạng biểu thức tích phân hầu hết tiết diện cánh Thay biểu thức: Ngun Trinh HiÕu 47 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy x= c (1 − cos θ ) vào phương trình ta được: αi = ∫ y x dx f3 ( ) (4.22) c c c đây: x x c f3 ( ) = 3/ c x  x 2π  (1 − ) c  c 1− Góc đạt trường hợp gọi góc lý tưởng Hệ số lực nâng tương ứng với góc từ phương trình (4.17) gọi hệ số lực nâng lý tưởng hay hệ số lực nâng thiết kế Sau ta có bảng giá trò hàm f1, f2, f3 : x/c f1(x/c) 0.0125 2.901 8.774 113.15 0.0250 2.091 6.085 39.73 0.0500 1.537 4.131 13.84 0.0750 1.306 3.226 7.403 0.1000 1.179 2.667 4.716 0.15 1.049 1.960 2.447 0.20 0.995 1.502 1.492 0.25 0.980 1.156 0.980 0.30 0.992 0.873 0.662 ∞ Ngun Trinh HiÕu f2(x/c) ∞ 48 f3(x/c) ∞ KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy 0.40 1.083 0.408 0.271 0.50 1.273 0 0.60 1.624 -0.408 -0.271 0.70 2.315 -0.873 -0.662 0.80 3.979 -1.502 -1.492 0.90 10.61 -2.667 -4.716 0.95 29.21 -4.131 -13.84 1.00 ∞ ∞ ∞ Tính toán khí động Đối với phương tiện bay yêu cầu mặt khí động lực học phải đặt lên hàng đầu, có đảm bảo yêu cầu mặt khí động máy bay bay Không loại máy bay dân dụng thường hoạt động môi trường có số Reynol lớn (cỡ 106), phương tiện bay siêu nhỏ (MAV) thường hoạt động môi trường có số Reynol bé nhiều so với máy bay thông dụng (cỡ 105) Chính phương pháp tính toán khí động thông thường không phù hợp cho loại phương tiện Việc tính toán chủ yếu dựa vào kết tính toán thực nghiệm mà nhà khoa học giới nghiên cứu Sau em trình bày phương pháp dựa tài liệu nghiên cứu MAV Như phần ta tính toán, khối lượng tương đối MAV cánh vẫy chọn lại sau: - Khối lượng motor : 50g Ngun Trinh HiÕu 49 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy - Khối lượng hai ngàm: 20g - Khối lượng bánh đà + truyền : 10g - Khối lượng cánh khoảng 30g - Khối lượng hai đỡ: 5g - Tổng khối lượng sơ MAV không 120g Trước hết ta chọn sơ cấu tạo cánh máy bay MAV: - Chọn cấu tạo cánh dạng hình quạt - Chiều dài cánh 10cm tính từ tâm cánh phía đầu cánh - Chọn profil cánh profil NACA 0006 (Theo tài liệu Theory of Wing Section) - Trên cánh ta bố trí thành hai cánh nhỏ xếp chồng lên cánh có góc xoè quạt 400 phần xếp chồng lên 100 hình vẽ Hình: Cấu tạo hình học cánh MAV Ngun Trinh HiÕu 50 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Theo tài liệu “Theory of Wing Section” profil NACA 0006 dạng profil đối xứng có hệ số lực nâng, lực cản hệ số mômen lật hình vẽ cho đây: Hình: Đặc tính profil NACA 0006 Tính toán lực khí động tác dụng lên cánh trình chuyển động Để tính toán lực khí động tác dụng lên cánh MAV trình vẫy ta chia cánh thành 10 phần nối tiếp kể từ tâm cánh đầu cánh, phần có chiều dài 10mm Lực tác dụng lên cánh coi tổng hợp lực lực khí động tác dụng lên 10 phần riêng biệt Theo sơ đồ đặc tính khí động học profil NACA 0006 profil đạt hệ số lực nâng lớn C L = 1,8 góc 0, hệ số lực cản nhỏ CD = 0.1 góc 00 Xét trình cánh vẫy xuống Trong trình cánh vẫy xuống không khí tác dụng lên cánh theo chiều từ hướng lên Do cấu tạo đặc biệt hai cánh nên trường hợp hai cánh chồng lên tạo thành cánh Vì trường hợp cánh vẫy xuống ta tính toán khí động cho cánh dạng hình quạt có góc xoè quạt 600 có bán kính quạt 100mm Để tiện cho việc tính toán ta chia cánh thành 10 phần hình vẽ Ngun Trinh HiÕu 51 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Hình: Xét phần 1: Ta coi gần profil cung rẻ quạt coi profil hình chữ nhật có chiều dài dây cung chiều dài đường dây cung trung bình tấm: c1 = (π / 3).9,5 = 9,948cm Diện tích phần bằng: S1 = 9,948 cm2 = 9,948.10-4 m2 Theo công thức tính lực nâng lực cản: L = ρ V∞2 S C L D = ρ V∞2 S C D đó: ρ: khối lượng riêng không khí ta lấy ρ = 1.293 kg/m3 Ngun Trinh HiÕu 52 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy V∞ vận tốc dòng khí chảy bao quanh profil Theo phần : đầu ta có V∞ = 8.61 (m/s) S: diện tích profil CL , CD hệ số lực nâng, lực cản tra theo bảng Tại góc 60 tra bảng ứng với profil NACA 0006 ta có: CL = 1,8 , CD = 0,13 Vậy tiết diện thứ nhất: 1 L1 = ρ V∞2 S1 C L = 1,293.8,612.9,948.10 −4.1,8 = 0,086kg 2 1 D1 = ρ V∞2 S1 C D = 1,293.8,612.4,974.10 − 4.0,13 = 0,043 = 3,1.10 −3 kg 2 Tương tự cách tính tiết diện lại lực nâng lực cản có trò số sau : + Tiết diện thứ 2: −4 S2 = (π / 3).8,5.1 = 8,9cm = 8,9.10 m 1 L2 = ρ V∞2 S C L = 1,293.8,612.8,9.10 −4.1,8 = 0,0768kg 2 1 D2 = ρ V∞2 S C D = 1,293.8,612.8,9.10 −4.0,13 = 5,5446.10 −3 kg 2 + Tiết diện thứ 3: −4 S3 = (π / 3).7,5.1 = 7,86cm = 7,86.10 m 1 L3 = ρ V∞2 S C L = 1,293.8,612.7,86.10 − 4.1,8 = 0,0678kg 2 1 D3 = ρ V∞2 S C D = 1,293.8,612.7,86.10 − 4.0,13 = 4,8968.10 −3 kg 2 Ngun Trinh HiÕu 53 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy + Tại tiết diện thứ 4: −4 S4 = (π / 3).6,5.1 = 6,8cm = 6,8.10 m 1 L4 = ρ V∞2 S C L = 1,293.8,612.6,8.10 −4.1,8 = 0,05866kg 2 1 D4 = ρ V∞2 S C D = 1,293.8,612.6,8.10 −4.0,13 = 4,2364.10 −3 kg 2 + Tại tiết diện thứ 5: −4 S5 = (π / 3).5,5.1 = 5,76cm = 5,76.10 m 1 L5 = ρ V∞2 S C L = 1,293.8,612.5,76.10 − 4.1,8 = 0,04968kg 2 1 D5 = ρ V∞2 S C D = 1,293.8,612.5,76.10 − 4.0,13 = 3,5884.10 −3 kg 2 + Tại tiết diện thứ 6: −4 S6 = (π / 3).4,5.1 = 4,7cm = 4,7.10 m 1 L6 = ρ V∞2 S C L = 1,293.8,612.2,35.10 −4.1,8 = 0,04054kg 2 1 D6 = ρ V∞2 S C D = 1,293.8,612.4,7.10 −4.0,13 = 2,928.10 −3 kg 2 + Tại tiết diện thứ 7: −4 S7 = (π / 3).3,5.1 = 3,66cm = 3,66.10 m 1 L7 = ρ V∞2 S C L = 1,293.8,612.3,66.10 −4.1,8 = 0,03156kg 2 1 D7 = ρ V∞2 S C D = 1,293.8,612.3,66.10 −4.0,13 = 2,28.10 −3 kg 2 + Tại tiết diện thứ 8: −4 S8 = (π / 3).2,5.1 = 2,62cm = 2,62.10 m Ngun Trinh HiÕu 54 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy 1 L8 = ρ V∞2 S C L = 1,293.8,612.2,62.10 −4.1,8 = 0,0226kg 2 1 D8 = ρ V∞2 S C D = 1,293.8,612.1,31.10 − 4.0,13 = 8,1613.10 − kg 2 + Tại tiết diện thứ 9: −4 S9 = (π / 3).1,5.1 = 1,57cm = 1,57.10 m 1 L9 = ρ V∞2 S C L = 1,293.8,612.1,57.10 −4.1,8 = 0,0135kg 2 1 D9 = ρ V∞2 S C D = 1,293.8,612.1,57.10 −4.0,13 = 9,78.10 − kg 2 + Tại tiết diện thứ 10: −4 S10 = (π / 3).0,5.1 = 0,52cm = 0,52.10 m 1 L10 = ρ V∞2 S10 C L = 1,293.8,612.0,52.10 − 4.1,8 = 4,486.10 −3 kg 2 1 D10 = ρ V∞2 S10 C D = 1,293.8,612.0,52.10 −4.0,13 = 3,224.10 −4 kg 2 Lực nâng lực cản tổng hợp tác dụng lên cánh L = L1 + L2 + L3 + + L10 = 0,393 (kg) D = D1 + D2 + D3 + + D10 = 32,6.10-3 (kg) Vò trí đặt lực nâng lực cản (tính từ đầu mép cánh vào) x L ,D = L1 S1 + L2 S + + L10 S10 R S đó: Li , Si lực diện tích phần thứ i S : diện tích tổng cánh Thay số vào ta được: Ngun Trinh HiÕu 55 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy xL,D = 0,043.9,948 + 0,0384.8,9 + + 4,486.10 −3.0,26 10 = 3cm 52,34 Vậy véc tơ lực tổng hợp tác dụng lên cánh đặ vò trí cách mép cánh 3cm cách phía đầu cánh ¼ dây cung đường tròn vò trí Lực tác dụng tổng hợp lên cánh bằng: F = L2 + D = 0,3932 + (32,6.10 −3 ) = 0,394kg Như lực nâng tác dụng lên cánh trường hợp bay với vận tốc tối đa lớn nhiều so với khối lượng MAV Để cho khối lượng cánh nhỏ ta lựa chọn kích thước cánh nhỏ Xét trình cánh vẫy lên Trong trình cánh vẫy lên nhờ cấu tạo đặc biệt cấu lề, tác dụng không khí hai cánh bò tách xa ra, không khí chuyển Ngun Trinh HiÕu 56 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy động qua khoảng trống hai cánh dòng chảy bao qua profil chảy bao không lưu số Như trường hợp không khí tạo lực cản tác dụng vào cánh không tạo thành lực nâng Quá trình mô tả hình vẽ dưói Như trường hợp ta tính lực tác dụng không khí vào cánh có góc xoè quạt 350 Theo bảng đặc tính profil NACA 00006 chế độ chảy bao không lưu số hệ số lực cản trường hợp : CD = 0,09 Tương tự phần tính, trường hợp ta chia cánh thành 10 phần nhau, phần cách 1cm Ngun Trinh HiÕu 57 KTHK – K45 §å ¸n tèt nghiƯp: ThiÕt kª m¸y bay siªu nhá MAV c¸nh vÉy Theo cách tính phần ta có: Ngun Trinh HiÕu 58 KTHK – K45