Báo Cáo Thiết Kế Fix Wing Aero Elearning Fix Wing Group 1 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài t...
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG BÁO CÁO THIẾT KẾ MÁY BAY GVHD: TS Vũ Ngọc Ánh NHÓM: Máy bay thể thao chỗ ngồi 1) Nguyễn Anh Tuấn-G1003766 2) Nguyễn Văn Tuấn-G1003784 3) Lưu Thế Hào-G1000819 4) Lê Anh Tài-G1002802 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Phần A: QFD……………………………………………… I.Giới thiệu…………………………………………………………………5 II.Trình tự thực QFD…………………………………………………5 III.Xây dựng nhà chất lượng…………………………………………6 Phần B: Weight factor……………………………16 Phần C: Thiết kế cấu hình……………………20 I.Cánh ……………………………………………………………………20 1.Aspect ratio…………………………………………………………….20 2.Cánh swept…………………………………………………………… 21 3.Đặc điểm hình dạng cánh………………………………………….22 4.Vị trí cánh………………………………………………………….24 5.Chọn Airfoil……………………………………………………………27 6.Góc Dihedral Angle……………………………………………………32 7.Flap…………………………………………………………………….33 8.Aileron…………………………………………………………………33 II.THÂN………………………………………………………………….35 1.Kết cấu chung………………………………………………………….35 2.Thiết kế cockpit……………………………………………………… 36 III.CÀNG ĐÁP ………………………………………………………….40 1.Phân loại……………………………………………………………… 41 a.Bicycle …………………………………………………………………41 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài b.Tail-gear……………………………………………………………….42 c.Tricycle……………………………………………………………… 42 2.Chiều cao đáp……………………………………………………44 3.Wheel base (B), Wheel track (Bm) ……………………………………45 Phần D: PERFORMANCE…………………47 I.Ước đoán hệ số lực cản……………………………………………… 47 1.Hệ số lực cản cánh……………………………………………… 48 2.Hệ số lực cản thân…………………………………………………50 3.Hệ số lực cản đáp……………………………………………… 54 4.Hệ số lực cản cho mũi……………………………………………56 5.Lực cản đuôi đứng đuôi ngang…………………………………57 II.Công suất động cơ…………………………………………………… 59 III.Steady flight………………………………………………………… 62 1.Minimum drag…………………………………………………………62 2.Minimum power……………………………………………………….63 IV.Accelerated Flight……………………………………………………64 V.Climbing Flight……………………………………………………….66 Phần E: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH 68 I.Ổn định tĩnh……………………………………………………………68 1.Ổn định dọc……………………………………………………………68 a.Trường hợp CG ≡ AC………………………………………………… 71 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài b.Trường hợp CG ≡ 20%c̅w …………………………………………… 72 c.Tìm điểm giới hạn trước sau CG……………………………………73 d.Ảnh hưởng elevator điều khiển dọc…………………………73 II.Ổn định động………………………………………………………… 74 1.Tính moment quán tính khối lượng…………………………………….74 2.Tính hệ số đạo hàm…………………………………………………75 a.Theo phương dọc……………………………………………………… 76 b.Theo phương ngang …………………………………………………….81 3.Tính toán ổn định động………………………………………………….87 a.Theo phương dọc……………………………………………………… 87 b.Theo phương ngang…………………………………………………… 96 b.1 Chuyển động Pure Rolling Montion……………………………….…96 b.2 Chuyển động Pure Yawing Montion………………………………….96 b.3 Chuyển động ngang (Lateral Motion) …………………………… …98 Phần F: VÙNG HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY BAY………………………………………………… 110 I.Basic V-n diagram……………………………………………… ……111 II.Gust V-n diagram…………………………………………… ………114 Phần G: TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Lưu ý: Muốn bấm tìm nhanh mục lục ấn CTRL F vào phần HEADINGS có mục lục tự động Phần A: Quality Function Deployment (QFD) I Giới thiệu QFD kỹ thuật xây dựng sơ đồ tổ chức cho trình phát triển chế tạo sản phẩm,dịch vụ QFD giúp nắm bắt nhu cầu khách hàng diễn giải yêu cầu theo đặc điểm kỹ thuật Nhờ đưa lịch trình vững cung cấp thực khách hàng muốn, hướng đến sản phẩm sau đạt đến yêu cầu cách cao II Trình tự thực QFD Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Mơ hình ngơi nhà chất lượng: III Xây dựng nhà chất lượng Level Bước : Yêu cầu khách hàng (customer requirement) Danh mục thông tin yêu cầu khách hàng (được mô ta theo ngơn ngữ họ “tiếng nói khách hàng”) Mơ tả mà khách hàng cần vấn đề họ sản phẩm Xác định hệ số quan trọng mong đợi khách hàng Đó điều kiện cần thiết làm cho thiết kế thỏa yêu cầu khách hàng Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Bước 2: Yêu cầu kỹ thuật (engineering characteristics) Thể đặc trưng kỹ thuật, mô tả đặc tính sản phẩm mà người kỹ sư thiết kế Xác định dựa đặc trưng định lượng mà họ nhận thấy có liên quan đến nhu cầu khách hàng Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Bước 3: Ma trận quan hệ Mục đích chuyễn yêu cầu khách hàng vào đặc tính sản phẩm Cấu trúc ma trận với kích thước chuẩn, gồm ô để liên kết yêu cầu khách hàng với yêu cầu kỹ thuật Để đánh giá tương quan cho điểm sau: “9” mối tương quan mạnh “3” mối tương quan vừa “1” mối tương quan yếu Bước 4: Ma trận tương quan Một ma trận tam giác dạng mái, xác định yêu cầu đặc tính thiết kế, hỗ trợ hay ngăn phần khác So sánh yêu cầu kỹ thuật với yêu cầu đặc tính bên cạnh Để đánh giá tương quan ta sử dụng kí hiệu sau: Strong positive o Positive Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn - Thế Hào - Anh Tài x Tuấn Strong negative # Negative Bước 5: Phân tích đối thủ cạnh tranh: Từ số thơng số sơ ba loại máy bay thể thao thị trường ta đưa phân tích đánh giá Kitfox Classic IV - Length: 18 ft in (5.6 m) - Wingspan: 32 ft (9.76 m) - Height: ft in (tailwheel) (1.73 m) - Wing area: 132 ft² (12.28 m²) - Empty weight: 650 lb (295 kg) - Loaded weight: 1200 lb (544 kg) - Useful load: 550 lbs (250 kg) - Maximum speed: 117 mph (190 km/h) - Cruise speed: 110 mph (178 km/h) - Range: 785 miles (1272 km) CTSW (máy bay cánh cao loại siêu nhẹ) - Length: 6.22 m (20 ft in) Wingspan: 8.50 m (27 ft 11 in) Height: 2.15 m (7 ft in) Wing area: 9.94 m2 (107.0 sq ft) Empty weight: 318 kg (701 lb) Gross weight: 472.5 kg (1,042 lb) Max takeoff weight: 600 kg (1,323 lb) Maximum speed: 230 km/h (143 mph; 124 kn) Cruising speed: 207 km/h (129 mph; 112 kn) Range: 1,266 km (787 mi; 684 mi) DA20 C1 - Length: 7.16 m (23 ft in) - Wingspan: 10.87 m (35 ft in) Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài - Height: 2.18 m (7 ft in) Wing area: 11.61 m² (125 ft²) Empty weight: 529 kg (1,166 lb) Useful load: 221 kg (597 lb / 487 lb) Max takeoff weight: 750 kg (1,764 lb / 1,653 lb) Cruise speed: 138 knots (256 km/h, 159 mph) Range: 1013 km (547 nm, 623 mi) 14 12 our product 10 light sport aircraft 0 So sánh mục tiêu sản phẩm sản phẩm thị trường 10 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Nhận xét: có nhiễu tác động vào, máy bay dao động lấy lại ổn định khồng thời gian khoảng 0.25 s Máy bay có khả ổn định Mode Dutch Roll Phương trình biểu diễn Mode Dutch Roll 0.2831 0.0524 0.6378t sin(3.2978t ) e 0.9571 0.0155 103 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài 104 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài 105 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài 106 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Khi bị nhiễu động máy bay trở vị trí cân thời gian 10s máy bay trở vị trí ban đầu Mode Dutch Roll có tính ổn định Mode Spiral Phương trình biểu diễn Mode Spiral: 0.0164 0.0087 0.0088t e 0.1646 0.9862 107 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài 108 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài 109 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Phần F: VÙNG HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY BAY Các thông số ban đầu: m = 553.38 kg, S = 12 m2, AR = 7.45, CLα = a = 6.257 1/rad, Vc = 210 km/h = 113 Knot (tại 8000 ft) 110 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Tham khảo sách The aerodynamic characteristics of airfoils at negative angles of attack Raymond F Anderson ta có: Với airfoil cánh chọn NACA 2412 từ Mean camber percent chord ta tra đồ thị được: −𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 = 0.77 +𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 Với 𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 = 1.9 tính Suy ra, −𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 = 1.463 Trong đó, −𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 nghĩa máy bay nhào lộn ngược lại với lực nâng hướng xuống I Basic V-n diagram 111 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài 112 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Theo FAR 23 ta có bảng thống kê hệ số tải cho loại máy bay: Từ loại máy bay nhào lộn ta có hệ số tải giới hạn tối đa là: (Positive) nmax= +6 (Negative) nmax= -(0.5 x 6) = -3 Vận tốc dive (VD) máy bay xác định: VD = 1.55 VC = 1.55 x 113 = 175.15 Knot Vậy ta có tọa độ điểm F G đồ thị V-n: F (6, 175.15), G (-3, 175.15) Tiếp theo xác định tọa độ điểm lại: 𝑉𝑠 = √ 2𝑚𝑔 × 553.38 × 9.81 𝑚 =√ = 19.72 = 38.32 𝐾𝑛𝑜𝑡 𝜌𝑆𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 1.225 × 12 × 1.9 𝑠 Hàm đường cong phía hệ số tải theo vận tốc: 113 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài 𝐿 0.5𝜌𝑉 𝑆𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 0.5 × 1.225 × 𝑉 × 12 × 1.9 𝑛= = = = 0.00257𝑉 𝑊 𝑊 553.38 × 9.81 Điểm B hệ số tải Vậy vận tôc là: = 0.00257𝑉 → 𝑉 = 48.32 𝑚 = 93.9 𝐾𝑛𝑜𝑡 𝑠 Vậy điểm B (6, 93.9) Tương tự tính cho đường cong phía dưới: −2𝑚𝑔 −2 × 553.38 × 9.81 𝑚 𝑉𝑠 = √ =√ = 22.47 = 43.67𝐾𝑛𝑜𝑡 𝜌𝑆(−𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 ) 1.225 × 12 × (−1.463) 𝑠 Tòa độ điểm K (-1, 43.67) Hàm đường cong phía hệ số tải theo vận tốc: −𝐿 0.5𝜌𝑉 𝑆(−𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 ) 0.5 × 1.225 × 𝑉 × 12 × (−1.463) −𝑛 = = = 𝑊 𝑊 553.38 × 9.81 = −0.00198𝑉 Với điểm J có hệ số tải -3, xác định vận tốc: −3 = −0.00198𝑉 → 𝑉 = 38.92 𝑚 = 75.67 𝑘𝑛𝑜𝑡 𝑠 Điểm J (-3, 38.92) II Gust V-n diagram: Từ phương trình: 𝑛 =1+ 𝑘𝑔 𝑉𝑔𝐸 𝑉𝐸 𝑎𝜌𝑆 2𝑊 Máy bay bay độ cao 8000 ft, hai điều kiện bay xem xét hệ số tải lớn Sau xác định n cho VC VD Tại sea level: 𝑏2 𝐴𝑅 = => 𝑏 = √𝐴𝑅 × 𝑆 = √7.45 × 12 = 9.46 𝑚 𝑆 114 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài 𝑐̅ = 𝜇𝑔 = 𝑆 12 = = 1.27 𝑚 𝑏 9.46 2𝑚 × 553.38 = = 9.47 𝜌𝑐̅𝑎𝑆 1.225 × 1.27 × 6.257 × 12 𝑘𝑔 = 0.88𝜇𝑔 0.88 × 9.47 = = 0.564 5.3 + 𝜇𝑔 5.3 + 9.47 Khi vận tốc gió ±50 𝑓𝑡/𝑠 ±15.25 𝑚/𝑠, hệ số tải là: 𝑛 =1+ 𝑛 =1+ 𝑘𝑔 𝑉𝑔𝐸 𝑉𝐸 𝑎𝜌𝑆 2𝑊 0.564 × (±15.25) × 𝑉 × 6.275 × 1.225 × 12 = ± 0.073𝑉 × 553.38 × 9.81 Suy ra, ta có máy bay bay VC =58.33 m/s ta có hệ số tải: 𝑛 = + 0.073𝑉 = + 0.073 × 58.33 = 5.258 𝑛 = − 0.073𝑉 = − 0.073 × 58.33 = −3.258 Tương tự máy bay bay với vận tốc VD vận tốc gió ±25 𝑓𝑡/𝑠 (±7.5 𝑚/𝑠) Vậy hệ số tải: 𝑛 =1+ 0.564 × (±7.5) × 𝑉 × 6.275 × 1.225 × 12 = ± 0.0359𝑉 × 553.38 × 9.81 Từ VD = 175.15 Knot = 90.1 m/s: 𝑛 = + 0.0359𝑉 = + 0.0359 × 90.1 = 4.23 𝑛 = − 0.0359𝑉 = − 0.0359 × 90.1 = −2.23 Máy bay 8000 ft: Với 𝜌 = 0.9628 𝑘𝑔/𝑚3 𝜇𝑔 = 2𝑚 × 553.38 = = 12.055 𝜌𝑐̅𝑎𝑆 0.9628 × 1.27 × 6.257 × 12 115 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài 𝑘𝑔 = 0.88𝜇𝑔 0.88 × 12.055 = = 0.611 5.3 + 𝜇𝑔 5.3 + 12.055 Khi vận tốc gió ±50 𝑓𝑡/𝑠 ±15.25 𝑚/𝑠, hệ số tải là: 𝑛 =1+ 𝑛 =1+ 𝑘𝑔 𝑉𝑔𝐸 𝑉𝐸 𝑎𝜌𝑆 2𝑊 0.611 × (±15.25) × 𝑉 × 6.275 × 0.9628 × 12 = ± 0.0622𝑉 × 553.38 × 9.81 Suy ra, ta có máy bay bay VC =58.33 m/s ta có hệ số tải: 𝑛 = + 0.0622𝑉 = + 0.0622 × 58.33 = 4.628 𝑛 = − 0.0622𝑉 = − 0.0622 × 58.33 = −2.628 Tương tự máy bay bay với vận tốc VD vận tốc gió ±25 𝑓𝑡/𝑠 (±7.5 𝑚/𝑠) Vậy hệ số tải: 𝑛 =1+ 0.611 × (±7.5) × 𝑉 × 6.275 × 0.9628 × 12 = ± 0.0306𝑉 × 553.38 × 9.81 Từ VD = 175.15 Knot = 90.1 m/s: 𝑛 = + 0.0306𝑉 = + 0.0306 × 90.1 = 3.757 𝑛 = − 0.0306𝑉 = − 0.0306 × 90.1 = −1.757 116 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài Phần G: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Roskam , Methods for Estimation Drag Polars of Subsonic Airplanes [2] Chales E.Jobe, Pediction of Aerodynamic drag [3] George E.Dieter-Linda C.Schmidt, Engineering Design 4th [4] Mohammad Sadraey ,Daniel Webster College, Chapter 4:Preliminary Design [5] Mohammad Sadraey ,Daniel Webster College, Chapter 5:Wing design [6] Mohammad Sadraey ,Daniel Webster College, Chapter 6: Tail Design [7] Dr Robert C.Nelson, Flight Stability And Automatic Control 2nd edition [8] Raymond Anderson, The Aerodynamic Characteristics Of Airfoils At Negative Angles Of Attack [9] Mohammad Sadraey ,Daniel Webster College, Chapter 9:Landing Gear [10] VDM Verlag Dr Müller ,2009 M Sadraey ,Aircraft Performance Analysis, [11] Mohammad Sadraey ,Daniel Webster College, Chapter 12: Design of Control Surfaces (Aileron) NHÓM MÁY BAY THỂ THAO CHỔ NGỒI Lưu Thế Hào Nguyễn Anh Tuấn Nguyễn Văn Tuấn Lê Anh Tài G1000819 G1003766 G1003784 G1002802 90% 90% 90% 70% 117 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn - Văn Tuấn - Thế Hào - Anh Tài ... cost 1/ 5 1/ 3 1/ 3 1/ 3 11 .8 Material cost Material cost Manufac turing cost Reparabi lity 1/ 7 1/ 3 1/ 3 1/ 7 2 .14 1/ 5 19 .2 Durabilit y 1/ 5 Reliabilit y Time to produce 3 1/ 5 1 1/5 4.87 1/ 3 1 1/5 10 .47... + rectangle wing + midwing Concept 1: unsweep + taper wing + low wing Concept 2: sweepback +delta wing + low wing Concept 3: forward sweep + taper wing + lowing 16 Nhóm Fix Wing 1: Anh Tuấn -... Concept 0.06 0.04 0.05 0 .15 0.03 0 .10 0.05 0 .11 0.02 0.09 0.04 0 .13 0.02 0.06 0.03 0. 01 0.40 0. 01 0. 31 0. 01 0.29 Ta chọn concept có tổng giá trị thiết kế lớn Phần C: Thiết kế cấu hình I CÁNH Aspect