Thiết kế hệ thống cơ điện tử

MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU Giới thiệu: Chương 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu sở hình thành đề tài 2.1.1 Các nghiên cứu thực hiện: 2.1.2 Cơ sở hình thành đề tài mục tiêu nghiên cứu: 12 2.2 Cơ sở lý thuyết phương án thiết kế: 13 2.2.1 Cơ sở lý thuyết: 13 2.2.2 Phương án thiết kế: 13 Chương 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 18 Thiết kế khí: 18 3.1 Sơ đồ truyền động máy bay tính toán truyền: 18 3.2 Thiết kế thân thân dưới: 21 3.3 Thiết kế vỏ nhựa, chân đáp, đuôi phụ kiện 23 Chương 4: MÔ HÌNH HÓA VÀ THIẾT BỘ ĐIỀUKHIỂN CHO MÁY BAY 27 Mô hình hóa thiết kế điều khiển cho máy bay: 27 4.1 Mô hình hóa: 27 4.2 Thiết kế điều khiển: 37 Chương 5: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN MẠCH ĐIỆN 44 Giải thuật điều khiển phần mạch điện: 44 5.1 Giải thuật điều khiển tổng quát 44 5.2 Mạch điện lập trình: 45 5.3 Mô hình mạch điều khiển: 50 5.4 Mạch điện: 51 Chương 6: ĐÁNH GIÁ & NHẬN XÉT 54 Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT LỜI NÓI ĐẦU Để có kiến thức hôm nay, nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy môn Cơ Điện tử - Khoa Cơ Khí, Đại học Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh Tôi xin cảm ơn thầy Nguyễn Tấn Tiến - thầy hướng dẫn nhóm thực báo cáo môn học Không học hỏi kiến thức thầy, nhóm học thầy phương pháp nghiên cứu nhiệt tâm người thầy với học trò Cuối cũng, xin cảm ơn bạn học người thân giúp đỡ để có ngày hôm Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 12 năm 2013 Nhóm thực GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Chương 1: Nhóm HNTT GIỚI THIỆU Giới thiệu: Máy bay (phi cơ): phương tiện vận tải hay chiến đấu bay không nhờ động Những máy bay chế tạo để thực ước mơ người di chuyển mặt đất, chinh phục không gian Tuy nhiên, ngày máy bay đóng vai trò thiếu kinh tế quân Mặt khác, giao thông vận tải hàng không loại hình có độ an toàn cao, xác suất rủi ro cực thấp so sánh với loại hình giao thông vận tải khác Vì vậy, công nghiệp chế tạo máy bay ngành công nghiệp mũi nhọn – công nghệ cao có cường quốc kinh tế giới thực ngành định hướng công nghệ cho ngành công nghiệp khác Máy bay cố định máy bay trực thăng hai loại máy bay nghiên cứu chế tạo giới Mỗi loại máy bay có ưu nhược điểm riêng Mà nghiên cứu máy bay giới thực nhiều đa dạng Trong nội dung nghiên cứu tập trung vào lĩnh vực máy bay trực thăng Máy bay trực thăng (lên thẳng): phương tiện bay có động cơ, hoạt động bay cánh quạt, cất cánh, hạ cánh thẳng đứng, bay đứng không khí, điều khiển lên xuống, tiến lùi qua trái phải Trực thăng có nhiều công đời sống thường nhật, kinh tế quốc dân quân Các nghiên cứu lý thuyết khí động học, kết cấu khí, giải thuật điều khiển cho máy bay trực thăng thực nhiều Tuy nhiên, nghiên cứu máy bay trực thăng giới phát triển, hoàn thiện Trong nghiên cứu thường sử dụng máy bay mô hình để kiểm nghiệm lý thuyết, giải thuật điều khiển cho máy bay GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Chương 2: Nhóm HNTT TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu sở hình thành đề tài 2.1.1 Các nghiên cứu thực hiện:  Ngoài nước Ngay từ xa xưa, loài người ước mơ bay lượn không trung loài chim, có vô số lần thử thất bại, người ta không từ bỏ giấc mơ Cho đến đầu kỉ 20, anh em nhà Later chế tạo thử nghiệm máy bay vào ngày 17/12 /1903 Sự kiện đánh dấu bước ngoặt lịch sử cho ngành hàng không – loài người có máy bay điều khiển Hình 1: Máy bay Những năm sau đó, nghiên cứu máy bay liên tục thực Trong đó, máy bay trực thăng phát nghiên cứu song hành máy bay cánh cố định từ kỷ 19 Một loạt nhà kỹ thuật hàng không Jan Bahyl, Oszkár Asbóth, Louis Breguet, Paul Cornu, Emile Berliner,Ogneslav Kostovic Stepanovic Igor Ivanovich Sikorsky đưa thử nghiệm mô hình máy bay trực thăng Ngày 24 tháng năm 1907 lần mô hình trực thăng bay lên được, anh em Louis Jacque GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Breguet người Pháp chế tạo cố vấn kỹ thuật giáo sư Charles Richet Mô hình hoàn toàn điều khiển chở người, bay lên 50 cm Tại nước Nga Igor Ivanovich Sikorsky sau trở thành nhà tiên phong trực thăng nhà công nghiệp sản xuất trực thăng tiếng giới thí nghiệm trực thăng vào năm 1908 Những năm máy bay mô hình tiếp tục phát triển Tuy nhiên, mô hình máy bay trực thăng tự cân chế tạo năm 1969 Ms Penni Cô chứng minh tính ổn định tính không ổn định hội nghị chuyên đề DC/ RC tháng năm 1969 Hiện có nhiều nghiên cứu máy bay trực thăng giới Các nghiên cứu đa dạng từ kết cấu khí, biên dạng cánh quạt, giải thuật điều khiển… Có thể liệt kê số mô hình nghiên cứu giới sau: Sơ đồ cánh quạt nâng, cánh quạt đuôi: Đây sơ đồ máy bay trực thăng Sơ đồ gồm cánh quạt để nâng máy bay cánh quạt đuôi theo chiều thẳng đứng Hình 2: Sơ đồ máy bay trực thăng cánh quạt nâng, cánh quạt đuôi GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Khi cánh quạt quay, thân máy bay quay theo trục cánh quạt máy bay theo chiều ngược lại Để chống lại tượng tự quay này, máy bay có thêm cánh quạt đuôi theo chiều thẳng đứng, gió thổi theo chiều ngang Lực đẩy cánh quạt đuôi tạo nên momen lực đuôi có cánh tay đòn dài khoảng cách từ trục cánh quạt đuôi đến trục nâng quạt cân triệt tiêu quay thân máy bay, giữ hướng cố định cho máy bay Ưu điểm: - Rất đơn giản kỹ thuật, độ tin cậy cao, độ tin cậy cấu máy tốt 95% số trực thăng giới dựa theo sơ đồ nguyên lý Nhược điểm: - Chỉ có cánh quạt nâng nên chịu toàn lực nâng máy bay lực đẩy ngang nên đường kính quạt vận tốc phải lớn, dễ dẫn tới cộng hưởng, rung lắc gây gãy cánh quạt - Công suất cánh quạt đuôi lớn, chiếm khoảng 20 – 30 % công suất máy bay, công suất phí phạm, không giúp cho việc nâng máy bay chuyển động thẳng - Khi có gió mạnh thổi ngang thân làm vô hiệu hóa cánh quạt đuôi thời tiết hoạt động thường ổn định - Vì có đuôi làm cánh tay đòn cho momen cánh quạt đuôi nên độ dài máy bay bị kéo dài phần đuôi không cần thiết Sơ đồ cánh quạt nâng Sơ đồ sử dụng cánh quạt để nâng máy bay, không sử dụng cánh quạt đuôi Máy bay cân dựa theo hiệu ứng Coanda, dòng khí có xu hướng bám dính vào vào thành vật cứng tạo momen chống lại momen thân máy bay quay Loại GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT máy không cánh quạt đuôi có hệ thống bơm khí chạy đuôi theo van tiết lưu Sự tăng giảm lượng khí qua van tiết lưu làm làm tăng giảm momen chống quay điều khiển máy bay qua trái phải Hiện nay, máy bay mới, có hãng MCDonnel Douglas áp dụng Loại máy bay gọi trực thăng MD, sơ đồ trực thăng chưa có số liệu để đánh giá ưu nhược sơ đồ Hình 3: Sơ đồ cánh quạt nâng, không cánh quạt đuôi Sơ đồ hai cánh quạt nâng đồng trục Sơ đồ sử dụng hai cánh quạt nâng đồng trục, không sử dụng cánh quạt đuôi Sơ đồ có tên gọi Kamov theo tổ hợp thiết kế, chế tạo Kamov Liên Xô GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Hình 4: Sơ đồ hai cánh quạt nâng, không sử dụng cánh quạt đuôi Đặc điểm sơ đồ không sử dụng cánh quạt đuôi mà có hai cánh quạt đồng trục, quay ngược chiều để triệt tiêu momen quay thân máy bay Thay đổi vận tốc hai cánh quạt để máy bay bay sang trái, phải, rẽ hướng Ưu điểm: - Vì có hai cánh quạt nâng nên đường kính, vận tốc quay cánh quạt không cần lớn, cho phép hoạt động hiệu suất cao - Độ an toàn chống cộng hưởng, có hai cánh quạt triệt tiêu lẫn nhau, chống rung giật cánh quạt tốt - Tính động cao, rẽ hướng đột ngột, di chuyển lên, xuống, tiến lùi linh hoạt - Vì cánh quạt đuôi nên hoạt động thời tiết khắc nghiệt, đồng thời kích thước nhỏ gọn Nhược điểm: - Hệ thống cánh phức tạp Bản thân cánh quạt với hệ thống biến bước dùng cho máy bay cân phức tạp, kết hợp với hai cánh quạt đồng trục làm việc chế GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT tạo hệ thống trục cần độ xác cao Bộ phận phận gặp rủi ri nhiêu sơ đồ bố trí máy bay theo hướng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Sơ đồ hai cánh quạt nâng trước sau Hai cánh quạt nâng gắn đầu đuôi máy bay Hình 5: Sơ đồ hai cánh quạt nâng trước sau Hai cánh quạt quay ngược chiều nhằm triệt tiêu mô men tự quay thân Khi muốn rẽ hướng ta cần làm chênh lệch vận tốc quay hai đĩa cánh quạt thân máy bay quay tương ứng theo chiều cánh quạt quay chậm Ưu điểm: - Hiệu suất cao, độ an toàn cộng hưởng, chống rung lắc tốt, công suất phí phạm, sức nâng tốt nên thường dùng làm cần cẩu bay Nhược điểm: - 10 Rất khó điều khiển tính động GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Sơ đồ cánh quạt xoay hướng: Cấu tạo giống máy bay cánh cố định khác trục cánh quạt đẩy ngang xoay góc 90° để thổi gió xuống phía theo chiều thẳng đứng Khi máy bay cất cánh, hạ cánh cánh quạt quay hướng thổi gió xuống tạo lực nâng cho máy bay cất cánh, hạ cánh thẳng đứng Khi lên đến độ cao cánh quạt lại quay vị trí bình thường tạo lực đẩy, máy bay chuyển động thẳng theo chiều ngang lực nâng cánh cố định tạo Hình 6: Trực thăng có cánh quạt xoay hướng Nhược điểm: cánh quạt vừa làm nhiệm vụ cánh quạt đẩy ngang vừa làm nhiệm vụ cánh quạt nâng, mà hai loại cánh có tính chất cấu tạo khác nên cánh quạt máy bay có hiệu suất thấp - Trên số loại sơ đồ nguyên tắc áp dụng chế tạo trực thăng Ngoài nhiều kiểu sơ đồ khác nữa, phát minh thường kèm với loại sơ đồ Tuy nhiên, chúng chưa có ứng dụng rộng rãi chưa chứng minh hiệu kỹ thuật hàng không 11 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT  Trong nước: Ở Việt Nam, nghiên cứu lĩnh vực máy bay trực thăng mẻ Ở lĩnh vực dân sự, số câu lạc thiết kế, chế tạo, thử nghiệm máy bay mô hình Tuy nhiên, mô hình tập trung chủ yếu vào mảng máy bay cố định ( máy bay sử dụng đường băng để cất cất) Các dạng nghiên cứu quadcopter thực nhiều Tuy nhiên, nghiên máy bay trực thăng hạn chế Mặt khác, mô hình không chứng minh phương án sử dụng, tính ổn định, giải thuật điều khiển cân 2.1.2 Cơ sở hình thành đề tài mục tiêu nghiên cứu: Máy bay trực thăng nghiên cứu nhiều giới phát triển Những nghiên cứu bắt đầu thực Việt Nam Mỗi phương án thiết kế có ưu nhược điểm riêng thay Tuy nhiên, phương án thiết kế vấn đề cần giải tính cân máy bay Để thực yêu cầu cần có giải thuật để điều khiển máy bay cân kiểm nghiệm mô hình thực tế Ở Việt Nam chưa có báo cáo kiểm nghiệm tính cân máy bay trực thăng Nhằm nghiên cứu học hỏi cách điều khiển máy bay mô hình dựa kiến thức mô hình hóa, khí động lực học, giải thuật điều khiển Nhóm định chọn đề tài: nghiên cứu, thử nghiệm giải thuật điều khiển máy bay mô hình Mục đích thực đề tài: thực đề tài công việc nhằm tạo sản phẩm xem mô hình phục vụ cho học tập nghiên cứu Đồng thời, việc vận dụng kiến thức để thử nghiệm mô hình thực tế Mục tiêu đề tài: thực nghiệm giải thuật điều khiển máy bay mô hình thực tế thỏa mãn điều kiện sau:  Ổn định hóa ba bậc tự góc máy bay điều kiện phòng thí nghiệm  12 Điều khiển tay tác vụ đơn giản: tới, lui, lên cao, hạ xuống GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT 2.2 Cơ sở lý thuyết phương án thiết kế: 2.2.1 Cơ sở lý thuyết: Cơ sở lý thuyết khí động lực học: Trực thăng bay nhờ chênh áp mặt cánh Do đường biên mặt bên phải lớn mặt nên vận tốc khí mặt nhỏ hơn, áp suất tĩnh lớn mặt trên, lực nâng tích chênh áp với diện tích mặt cánh Hình 7: Áp suất khí mặt mặt máy bay Vấn đề cân momen động lượng Máy bay vật thể cân bằng, nên cánh quạt quay sinh momen động lượng, làm cho máy bay quay theo chiều ngược lại để cân momen Do đó, để tránh tượng trên, ta cần thiết kế hệ thống cân nhằm triệt tiêu momen tác động lên thân máy bay 2.2.2 Phương án thiết kế: Có nhiều phương án thiết kế sử dụng máy bay trực thăng Mỗi phương án có ưu nhược điểm riêng Tuy nhiên, phần thiết kế máy bay trực thăng phương án sử dụng bố trí cánh quạt ảnh hưởng lớn đến tính dễ điều khiển, tính cân khả linh hoạt máy bay Trong nội dung nghiên cứu nhóm tác giả tập trung vào phương án thiết kế, bố trí cánh quạt cho máy bay Mặt khác, mục 13 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT tiêu đề tài tạo mô hình phục vụ học tập nghiên cứu nên ưu tiên lựa chọn mô đơn giản đảm bảo kiểm lý thuyết, giải thuật điều khiển Sau đây, nhóm tiến hành phân tích hai phương án sử dụng phổ biến để mô phỏng, điều khiển bay mô hình  Phương án 1: máy bay tầng cánh có đĩa swashplate Hình 8: Cơ cấu swashplate Nguyên lý bay cân bằng: - Bay lên, hạ xuống: Độ nghiêng toàn cánh quạt bị thay đổi để tăng, giảm độ cao - Bay tới: Cánh quạt quay sang phía sau trực thăng (hình trên) có độ nghiêng dốc so với độ nghiêng cánh quạt phía trước, làm cho lực nâng phía sau mạnh lực nâng phía trước máy bay Kết máy bay đẩy phía trước - Bay lùi: Tương tự trên, khác chỗ độ nghiêng cánh quạt phía trước dốc hơn, lực nâng phía trước mạnh nên trực thăng bay lùi 14 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT - Bay ngang sang phải: Cũng giống nguyên lý trên, cánh quạt quay sang phía bên trái trực thăng làm nghiêng để tạo lực nâng mạnh so với cánh quạt phía bên phải Kết trực thăng bay ngang sang phải - Bay ngang sang trái: Tương tự trên, cánh quạt bên phải làm nghiêng Ưu điểm: - Máy bay đổi hướng linh hoạt - Điều khiển dễ dàng Nhược điểm: - Chế tạo đĩa swashplate phức tạp, mục đích mô hình đồ chơi không khả thi - Giá thành cao  Phương án 2: Sử dụng hai cánh quạt nâng đồng trục kết hợp cánh tay đòn tay đòn cân quạt đuôi để di chuyển Như nêu phần tổng quan, loại máy bay cánh quạt nâng đồng trục thực tế biến thể chế tạo mô hình Nó thêm cánh quạt nâng nhỏ phía sau cân bên ( gọi tay đòn Bell Hiller ), cánh quạt lắp đồng trục Hai cánh quạt điều khiển motor độc lập có chiều quay ngược với vận tốc tạo lực đẩy nâng máy bay lên Muốn bay lên cao tăng tốc độ hai cánh quạt chính, muốn giảm tốc độ ta từ từ giảm tốc độ hai cánh quạt Trong hình bên dưới, ta thấy hai motor độc lập dẫn động qua hai bánh tăng tốc cho hai cánh quạt Trục cánh bên trong, trục cánh bên Nhờ chuyển động quay ngược chiều mà máy bay cân mà không cần người dùng điều khiển nhiều Đây mẫu điều khiển máy bay dễ điều khiển cân tốt 15 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Hình 9: Cơ cấu máy bay sử dụng hai quạt nâng đồng trục kết hợp cánh tay đòn cân quạt đuôi để di chuyển Khi muốn thay đổi hướng máy bay, ta điều chỉnh vận tốc tương đối hai cánh quạt Lúc này, chênh lệch momen khiến máy bay qua trái, phải Tầng cánh thay đổi góc thông qua tay đòn Bell Hiller nhằm tạo cân cho máy bay bù trừ sai số chế tạo Hình 10: Cơ cấu Bell Hiller 16 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Để bay tới trước hay lùi, không giống loại trực thăng có cánh quạt cánh quạt đuôi vuông góc phải điều chỉnh góc cánh qua swashplate Ta điều khiển cánh quạt đuôi Cánh quạt đuôi quay mạnh khiến phần đuôi nâng cao, máy bay có xu hướng chúc mũi phía trước bay tới Để hãm máy bay, ta giảm tốc độ cánh quạt sau, đuôi bị hạ thấp khiến máy bay hướng mũi lên cao nhờ giảm tốc độ bay tới Nhờ cánh quạt nhỏ sau đuôi mà việc điều khiển dễ cần thay đổi tốc độ động sau thay cho việc thay đổi góc swashplate vốn cần điều khiển phức tạp cấu khí đòi hỏi xác cao  Qua phân tích kết cấu giới hạn đề tài, nhóm nghiên cứu chọn phương án dùng máy bay cánh quạt nâng đồng trục kết hợp cánh quạt đuôi dùng tới lui ưu điểm sau: 17 - Không cần chế tạo swashplate vốn phức tạp yêu cầu độ xác cao - Điều khiển không phức tạp, dễ dàng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Chương 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ Thiết kế khí: Từ yêu cầu cần thiết cho mô hình ta thiết kế cụm máy bay sau: Bộ phận tạo lực cho máy bay gồm điều khiển máy bay ( cấu tác động ): cụm cánh quạt trục trên, dưới, cánh quạt đuôi Thân thân Thân trên: gồm bệ đỡ động cơ, bánh trục truyền động Thân dưới: gồm đế gắn mạch điện, nguồn điện, cụm chân đáp Phần đuôi: giúp trực thăng thăng bằng, tối ưu khí động học bay: Cụm vỏ: tác động lên khí động học máy bay trang trí Vì khối lượng thiết kế tất phận máy bay lớn nên nhóm nghiên cứu đưa giả thuyết để đơn giản phần thiết kế Các giả thuyết sử dụng từ mô hình thực tế sau: - Không thiết kế biên dạng cánh kích thước cánh máy bay lấy từ mô hình máy bay ( xyz) sau: - Lực nâng máy bay: 2N với vận tốc cánh quạt 8000 vòng/ph 3.1 Sơ đồ truyền động máy bay tính toán truyền: Hình 11: Sơ đồ truyền động máy bay 18 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Qua sơ đồ kết cấu máy bay gồm cánh quạt máy bay truyền động động độc lập thông qua trục lồng vào Tầng cánh truyền động trục nhỏ tầng cánh truyền động trục lớn Thông qua bánh trung gian nhằm giảm tốc, momen từ động truyền tới trục cánh quạt giúp tạo đủ lực nâng cho máy bay Ngoài ra, cánh quạt đuôi dẫn động động độc lập lắp đồng trục, nhờ có cánh quạt đôi mà máy bay có thề bay tới / lui  Tính toán công suất động cơ: Lấy kết từ mô hình thực tế khối lượng máy bay: m = 50g Do đó, ta cần lực tối thiểu để nâng máy bay: F = mg = 0,05.10 = 0,5N Chọn hệ số an toàn lực cản không khí, ta có lực nâng cần tạo hai cánh quạt máy bay 4N Với lực tương ứng cánh quạt trực thăng quay với vận tốc 8000 v/ph (vận tốc cánh tham khảo từ mô hình máy bay thực tế) Vậy vận tốc dài cánh quạt nâng là: v  dn  85.103.2.8000   0, 0712m / s 60000 60000 ( với chiều dài cánh máy bay 85mm) Giả sử lực tác dụng lên tầng cánh Vậy lực nâng tác dụng lên tầng cánh 2N 19 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống điện tử Nhóm HNTT Hình 12: Sơ đồ truyền động Công cuất cánh quạt nâng: Pct  F v 2.0, 0712   0,1424.10 3 1000 1000 Dựa vào lược đồ động máy bay ta xác định hiệu suất hệ thống truyền động: - Hiệu suất ổ trượt: η = 0,97 - Hiệu suất truyền bánh trụ để hở: η = 0,93 Hiệu suất chung hệ thống:   12  2  0,97 2.0,932  0,814 Công suất mà động cần: Pdc  Pct /   0,1424.10 3 / 0.814  0,175  0, mW Chọn tỉ số truyền máy bay cặp bánh truyền động sau: z12 = 2, z34 = 3, tỉ số tuyền từ động đến trục z = Chọn số z1 = 8, z21 = 16; z22 = 7, z3 = 21 Chọn modun m = 0.25, ta có khoảng cách trục sau: Khoảng cách trục động trục 1: 3mm Khoảng cách trục đến trục 2: 4mm Vậy khoảng cách tâm động 24 mm 20 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến [...]... dàng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống cơ điện tử Nhóm HNTT Chương 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 3 Thiết kế cơ khí: Từ yêu cầu cần thiết cho mô hình ta thiết kế từng cụm của máy bay như sau: 1 Bộ phận tạo lực cho máy bay gồm và điều khiển máy bay ( cơ cấu tác động ): cụm cánh quạt trục chính trên, dưới, cánh quạt đuôi 2 Thân trên và thân dưới Thân trên: gồm bệ đỡ động cơ, bánh răng và các trục truyền... của máy bay trong điều kiện phòng thí nghiệm  12 Điều khiển bằng tay các tác vụ đơn giản: tới, lui, lên cao, hạ xuống GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống cơ điện tử Nhóm HNTT 2.2 Cơ sở lý thuyết và phương án thiết kế: 2.2.1 Cơ sở lý thuyết: Cơ sở lý thuyết về khí động lực học: Trực thăng bay được là nhờ chênh áp giữa mặt trên và dưới của cánh chính Do đường biên của mặt bên phải lớn hơn... Tấn Tiến Thiết kế hệ thống cơ điện tử Nhóm HNTT Hình 12: Sơ đồ truyền động Công cuất của cánh quạt nâng: Pct  F v 2.0, 0712   0,1424.10 3 1000 1000 Dựa vào lược đồ động của máy bay ta xác định hiệu suất hệ thống truyền động: - Hiệu suất ổ trượt: η = 0,97 - Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ để hở: η = 0,93 Hiệu suất chung cả hệ thống:   12  2 2  0,97 2.0,932  0,814 Công suất mà động cơ cần:... 18 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống cơ điện tử Nhóm HNTT Qua sơ đồ kết cấu máy bay gồm cánh quạt chính của máy bay được truyền động bởi 2 động cơ độc lập thông qua 2 trục được lồng vào nhau Tầng cánh trên được truyền động bởi trục nhỏ trong khi tầng cánh dưới được truyền động bởi trục lớn Thông qua một bộ bánh răng trung gian nhằm giảm tốc, momen từ động cơ được truyền tới các trục cánh... theo chiều ngược lại để cân bằng momen Do đó, để tránh hiện tượng trên, ta cần thiết kế hệ thống cân bằng nhằm triệt tiêu momen tác động lên thân máy bay 2.2.2 Phương án thiết kế: Có rất nhiều phương án thiết kế được sử dụng trong máy bay trực thăng Mỗi phương án đều có ưu và nhược điểm riêng Tuy nhiên, trong phần thiết kế máy bay trực thăng phương án sử dụng và bố trí cánh quạt ảnh hưởng lớn đến tính... chúng chưa có ứng dụng rộng rãi và chưa chứng minh được hiệu quả kỹ thuật hàng không 11 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống cơ điện tử Nhóm HNTT  Trong nước: Ở Việt Nam, nghiên cứu về lĩnh vực máy bay trực thăng còn khá mới mẻ Ở lĩnh vực dân sự, một số câu lạc bộ cũng thiết kế, chế tạo, thử nghiệm máy bay mô hình Tuy nhiên, các mô hình này được tập trung chủ yếu vào mảng máy bay cố định (... lớn đến tính dễ điều khiển, tính cân bằng và khả năng linh hoạt của máy bay Trong nội dung nghiên cứu này nhóm tác giả tập trung vào các phương án thiết kế, bố trí cánh quạt cho máy bay Mặt khác, mục 13 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống cơ điện tử Nhóm HNTT tiêu của đề tài này tạo ra một mô hình phục vụ học tập và nghiên cứu nên ưu tiên lựa chọn mô đơn giản nhưng vẫn đảm bảo kiểm được các... bằng mà không cần người dùng điều khiển quá nhiều Đây cũng mẫu điều khiển máy bay dễ điều khiển nhất và cân bằng tốt nhất 15 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống cơ điện tử Nhóm HNTT Hình 9: Cơ cấu máy bay sử dụng hai quạt nâng đồng trục kết hợp cánh tay đòn cân bằng và quạt đuôi để di chuyển Khi muốn thay đổi hướng của máy bay, ta sẽ điều chỉnh vận tốc tương đối của hai cánh quạt chính Lúc... gồm đế gắn mạch điện, nguồn điện, cụm chân đáp 3 Phần đuôi: giúp trực thăng thăng bằng, tối ưu về khí động học khi bay: 4 Cụm vỏ: tác động lên khí động học của máy bay và trang trí Vì khối lượng thiết kế tất cả các bộ phận trên máy bay rất lớn nên nhóm nghiên cứu đưa ra các giả thuyết để đơn giản phần thiết kế Các giả thuyết này được sử dụng từ các mô hình thực tế như sau: - Không thiết kế biên dạng cánh... bay qua trái, phải Tầng cánh trên còn có thể thay đổi góc tấn thông qua tay đòn Bell Hiller nhằm tạo cân bằng cho máy bay cũng như bù trừ sai số chế tạo Hình 10: Cơ cấu Bell Hiller 16 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thiết kế hệ thống cơ điện tử Nhóm HNTT Để bay tới trước hay lùi, không giống như các loại trực thăng có 1 cánh quạt chính và một cánh quạt đuôi vuông góc phải điều chỉnh góc tấn của cánh qua