Nghiên cứu tương tác khí động lực cánh chính và cánh đuôi ngang có xét đến cân bằng mômen ở chế độ bay bằng tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Bùi Vinh Bình NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC KHÍ ĐỘNG LỰC CÁNH CHÍNH VÀ CÁNH ĐI NGANG CĨ XÉT ĐẾN CÂN BẰNG MÔMEN Ở CHẾ ĐỘ BAY BẰNG Ngành : Kỹ thuật khí động lực Mã số : 9520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2019 Cơng trình hoàn thành Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Hoàng Thị Bích Ngọc Phản biện 1: GS TSKH Nguyễn Đức Cương Phản biện 2: PGS TS Thái Doãn Tường Phản biện 3: PGS TS Phạm Vũ Uy Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Hội nghị quốc tế (có phản biện) Bui Vinh Binh, Hoang Thi Bich Ngoc, Nguyen Hong Son (2018), “Numerical study of the aerodynamic characteristics and the equilibrium of unmanned aerial vehicle regarding the horizontal tail role”, The First International Conference on Fluid Machinery and Automation Systems ICFMAS2018, pp 314-321 Tạp chí nước (VJMECH) Hoang Thi Bich Ngoc, Bui Vinh Binh (2019), “Investigation of aerodynamics and longitudinal stability of unmanned aerial vehicle with elevator deflection”, Vietnam Journal of Mechanics, Vol.41, No.1, pp 89-103 Citations: https://doi.org/10.15625/0866-7136/13018 Tạp chí Quốc tế có uy tín (SCIE) Ngoc T B Hoang, Binh V Bui (2019), “Experimental and numerical studies of wingtip and downwash effects on horizontal tail”, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol.33, Iss.2, pp 649-659 Citations: https://doi.org/10.1007/s12206-019-0120-9 Ngoc T B Hoang, Binh V Bui (2019), “Investigation of wind tunnel wall effect and wing-fuselage interference regarding the prediction of wing aerodynamics and its influence on the horizontal tail”, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol.33, Iss.6, pp 2737-2746 Citations: https://doi.org/10.1007/s12206-019-0520-x MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Dòng qua cánh 3D kéo theo phía sau vùng nhiễu động gọi vết khí động (wake) Vết khí động profile cánh (cánh 2D) phần chuyển tiếp hai lớp biên phía lưng phía bụng profile cánh chập lại khuếch tán môi trường tự không thành rắn Đối với cánh 3D, mặt xem vết khơng gian tập hợp vết sau profile 2D (cũng phần chuyển tiếp lớp biên phía lưng phía bụng), mặt khác cần phải đánh giá ảnh hưởng hiệu ứng mút cánh cánh 3D xét với sải hữu hạn ảnh hưởng tập trung đặc biệt mạnh phần không gian kéo dài hai mút cánh với hai xoáy mút cánh (wingtip vortices) Xoáy mút cánh tạo nên tượng dòng dạt xuống (downwash) phía vết, dòng dạt lên (upwash) phía ngồi vết Vấn đề nghiên cứu dòng vết sau cánh với tượng vật lý phức tạp sinh từ tương tác lỏng - rắn cánh 3D dòng chất lỏng tốn phức tạp Các tượng vật lý xảy cánh tổn thất động lượng lớp biên, tượng tách thành, hiệu ứng chảy vòng mút cánh, tương tác cánh thành rắn cố định cánh (cánh - thân máy bay) truyền vào vết gây nên dòng nhiễu động phức tạp vết Vấn đề xét phần nghiên cứu luận án Đây toán bản, quan trọng có ý nghĩa khoa học thực tiễn lĩnh vực học thủy khí Khi xét hệ hai cánh (wing) cánh ngang (horizontal tail), cánh ngang nhỏ cánh nằm vết cánh Dòng tới cánh ngang khơng dòng đồng với vận tốc vơ cùng, mà dòng dạt xuống vết cánh Góc dòng dạt xuống sau cánh đóng góp phần (nhiều trường hợp tồn phần) góc tới cánh ngang, góc dòng dạt xuống thay đổi theo ba phương dọc, ngang đứng Ảnh hưởng ngược lại cánh ngang cánh có khơng mạnh ảnh hưởng xi dòng cánh tới cánh ngang Bài tốn tương tác khí động lực cánh cánh ngang tốn quan trọng, cần thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn lĩnh vực học thủy khí nói chung khí động hàng khơng nói riêng Trong tốn nghiên cứu tính tốn dòng qua cánh tạo nên vết khí động sau cánh xét tốn lĩnh vực học thủy khí, tốn khí động lực cánh ngang tốn đặc thù lĩnh vực hàng khơng Về phương diện tính tốn, dòng sau qua cánh tới cánh ngang khơng dòng đồng với vận tốc vơ cùng, mà dòng có xu hướng dạt xuống thay đổi độ lớn hướng Về phương diện ứng dụng, cánh đuôi ngang phận yếu tạo nên mơmen dọc (mơmen chúc ngóc) máy bay (Khoảng cách tâm khí động cánh đuôi ngang tới trọng tâm máy bay lớn so với cánh tay đòn lực khí động khác máy bay) Một thay đổi nhỏ lực nâng cánh ngang gây nên thay đổi lớn mơmen chúc ngóc máy bay Việc xác định xác lực khí động cánh đuôi ngang cần thiết, nhiệm vụ khó khăn Để thấy vai trò quan trọng cánh ngang ứng dụng thiết kế máy bay, phần nghiên cứu xét tốn cân mơmen chế độ bay Ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tế, cần thiết tầm quan trọng vấn đề cần phải giải lý lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tính tốn khí động lực tương tác cánh cánh ngang có xét đến cân mômen chế độ bay bằng” Mục tiêu, đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu (a) Nghiên cứu tính tốn dòng vết sau cánh 3D xét đến ảnh hưởng hiệu ứng nhớt hiệu ứng chảy vòng đầu mút cánh (b) Nghiên cứu thay đổi thơng số dòng vết sau cánh (chính) với có mặt cánh ngang phía sau; Tính tốn lực khí động cánh ngang gây hiệu ứng dòng 3D sau cánh (trong điều kiện lực nâng cánh đuôi ngang đơn khơng khơng có cánh phía trước) (c) Xác định vai trò quan trọng cánh ngang vấn đề cân mômen chế độ bay bằng, thấy rõ ý nghĩa của việc cần thiết phải tính tốn xác lực khí động cánh đuôi ngang 2.2 Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu a Đối với mục tiêu a: Đối tượng nghiên cứu mơ hình cánh 3D âm (cánh chữ nhật, cánh thang, cánh mũi tên); Phạm vi giới hạn kích thước, góc tới, vận tốc dòng giống cánh trình bày mục b Phương pháp sử dụng tính tốn thực nghiệm, lập trình (code) mơ ứng dụng phần mềm (Fluent) b Đối với mục tiêu b: Đối tượng nghiên cứu hệ hai cánh mơ hình cánh cánh ngang (cánh 3D âm) Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm: Cánh chữ nhật, kích thước cánh phụ thuộc vào kích thước (tận dụng tối đa) buồng thử ống khí động AF6116 (kích thước mặt cắt ngang buồng thử: (400×500) mm2, nửa sải cánh mơ hình b = 300 mm với khoảng không gian đầu mút cánh 100 mm) Vận tốc thực thí nghiệm 16 m/s (số Reynolds thí nghiệm Re = 1,1.105) Góc tới cánh α