Thiết kế mô hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch và công tác cứu hộ trên biển của thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY BAY VẬN TẢI TẦM THẤP PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ CÔNG TÁC CỨU HỘ TRÊN BIỂN CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Sinh viên thực hiện: PHAN MINH HUYỀN Đà Nẵng – Năm 2019 TĨM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng” Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Số thẻ sinh viên: 103150048 Lớp: 15C4A Sau 15 tuần làm Đồ án với đề tài “Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng” nhóm nhận giúp đỡ hỗ trợ tận tình giảng viên hướng dẫn TS Lê Minh Đức, đến hoàn thành nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp giao Phần đầu đồ án trình bày tổng quan thủy phi nói chung, ưu nhược điểm ứng dụng thực tế Phần thứ hai sâu tính chọn thơng số kĩ thuật biên dạng thủy phi Phần ba chủ yếu thiết kế mơ hình phần mềm CATIA thiết lập kiểm nghiệm bền chi tiết Phần thứ tư trình bày mơ khí động học CFD phần mềm ANSYS Fluent Phần cuối kết luận hướng phát triển đề tài Đề tài thực tính tốn, thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp biển (thủy phi cơ) mô số CFD phần mềm ANSYS Fluent để kiểm tra, đánh giá tối ưu thông số liên quan Các trường hợp mơ tính tốn thực cách sử dụng mơ hình rối k-ω SST Mơ hình thủy phi mơ hình phức tạp có nhiều biên dạng khác nhau, nên để đạt độ xác cao khơng đơn giản Vì vậy, việc mơ dịng khí qua thủy phi tốn nhiều thời gian tài nguyên máy tính, địi hỏi cấu hình máy tính mơ cao Do đó, đề tài lựa chọn số trường hợp mô khác để thấy rõ yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính khí động, hệ số nâng, hệ số cản thủy phi Quá trình chạy mơ giúp tối ưu hóa biên dạng thủy phi Các thơng số khí động học tác động lên mơ hình thủy phi mơ so sánh với kết tính tốn Qua đó, tối ưu biên dạng mơ hình nhằm nâng cao tính khí động học thủy phi thiết kế ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Lớp: 15C4A Số thẻ sinh viên: 103150048 Khoa: Cơ khí Giao thơng Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Tên đề tài đồ án: “Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng” Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: - Tải trọng phi hành đoàn hành khách: WC = 320 [kg] - Tầm bay: R = 500 [km] - Độ cao tối đa: H = 1500 [m] - Tốc độ tối đa: V = 200 [km/h] Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: KHẢO SÁT TỔNG QUAN VỀ MÁY BAY VẬN TẢI TRÊN MẶT NƯỚC 1.1 Tổng quan máy bay vận tải mặt nước 1.1.1 Khái niệm thủy phi (seaplane) 1.1.2 Lịch sử phát triển thủy phi (seaplane) 1.1.3 Điều kiện tự nhiên 1.1.4 Điều kiện nhân tạo 1.1.5 Mục đích sử dụng thủy phi (seaplane) 1.1.6 Ưu điểm, nhược điểm, hội khó khăn thủy phi (seaplane) 1.2 Phân loại nguyên lý hoạt động thủy phi (seaplane) 1.2.1 Phân loại 1.2.2 Nguyên lí hoạt động thủy phi 1.3 Lựa chọn phương án thiết kế thủy phi (seaplane) 1.4 Mục đích ý nghĩa đề tài 1.4.1 Mục đích đề tài 1.4.2 Ý nghĩa đề tài Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BIÊN DẠNG THỦY PHI CƠ 2.1 Thiết kế khí động học thân thủy phi 2.1.1 Tải trọng thiết kế máy bay 2.1.2 Diện tích tham chiếu cánh 2.1.3 Thiết kế chi tiết cánh thủy phi 2.1.4 Thiết kế sơ thân thủy phi 2.1.5 Thiết kế cấu hình thủy phi 2.2 Thiết kế khí động học phao máy bay 2.2.1 Biên dạng phao 2.2.2 Trọng lượng phao 2.2.3 Cân thủy tĩnh phao 2.2.4 Sức cản nước 2.3 Lựa chọn động 2.4 Trọng tâm thủy phi 2.5 Bản vẽ tổng thể Chương 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIAV5R21 VÀO THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN 3.1 Giới thiệu phần mềm 3.1.1 Tổng quan phần mềm CATIA 3.1.2 Ứng dụng CATIA 3.2 Kết vẽ thiết kế phần mềm CATIA Chương 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT 16.0 VÀO MÔ PHỎNG SỐ CFD 4.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS Fluent 4.1.1 Sơ lược phần mềm ANSYS Fluent 4.1.2 Các tính đặc trưng ANSYS Fluent 4.2 Các bước tính tốn mơ phần mềm ANSYS Fluent 4.2.1 Tạo hình thủy phi 4.2.2 Chia lưới tính tốn 4.2.3 Chọn mơ hình giải tốn 4.2.4 Xử lý kết tính tốn thu 4.2.5 Kiểm tra kết tính tốn thu 4.3 Kết bình luận Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết đạt 5.2 Hạn chế 5.3 Hướng phát triển Các vẽ, đồ thị: STT Tên vẽ Kích cỡ Bản vẽ tổng thể thủy phi A3 Biên dạng kết cấu thân thủy phi A3 Biên dạng kết cấu cánh thủy phi A3 Biên dạng kết cấu cánh đuôi ngang thủy phi A3 Biên dạng kết cấu cánh đuôi dọc thủy phi A3 Biên dạng kết cấu phao thủy phi A3 Bản vẽ mơ đường dịng trường hợp góc tới α = 10°, góc xiên β = 10° Bản vẽ mơ phân bố áp suất trường hợp góc tới α = 10°, góc xiên β = 10° A3 A3 Bản vẽ mô phân bố vận tốc trường hợp góc tới α = 10°, góc xiên β = 10° A3 10 Bản vẽ mơ đường dịng trường hợp góc tới α = 10°, góc xiên β = 15° A3 11 Bản vẽ mô phân bố áp suất trường hợp góc tới α = 10°, góc xiên β = 15° A3 12 Bản vẽ mô phân bố vận tốc trường hợp góc tới α = 10°, góc xiên β = 15° A3 Họ tên người hướng dẫn: TS Lê Minh Đức Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 02/09/2019 Ngày hoàn thành đồ án: 15/12/2019 Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn PGS.TS Dương Việt Dũng TS Lê Minh Đức MỞ ĐẦU Đối với sinh viên ngành kĩ thuật nói chung, việc thực Đồ án tốt nghiệp đóng vai trị quan trọng giúp sinh viên hệ thống lại kiến thức học Là sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính tốn thiết kế mơ phận, chi tiết, cụm máy thiết thực bổ ích Trong khn khổ đồ án tốt nghiệp, nhóm giao thực đề tài “Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng” Đây đề tài rộng nhóm cố gắng thực khn khổ thời gian cho phép, công việc giúp cho sinh viên củng cố lại kiến thức sau học mơn lý thuyết trước Đồng thời giúp sinh viên tìm hiểu phần mềm liên quan, đặc biệt hai phần mềm quan trọng sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực CATIA ANSYS, qua làm quen với cơng việc thiết kế, mô phỏng, kiến thức cần thiết cho sinh viên sau Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp, nhóm nhận nhiều giúp đỡ, thời gian thực ngắn mà nội dung đề tài rộng nên tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đóng góp ý kiến bảo từ thầy bạn bè Đặc biệt nhóm xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy TS Lê Minh Đức, người thầy ln tận tình hướng dẫn, bảo, hỗ trợ nhóm suốt q trình làm Đồ án tốt nghiệp Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy khoa Cơ khí Giao thơng, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng suốt trình học tập khoa Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Phan Văn Huyến i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết thực đề tài trung thực Những phần sử dụng tài liệu tham khảo đồ án nêu rõ phần tài liệu tham khảo Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn thơng tin trích dẫn đồ án rõ nguồn gốc rõ ràng phép cơng bố Nếu có sai sót xảy chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm chịu kỷ luật môn nhà trường đề Sinh viên thực Phan Văn Huyến ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MỞ ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ v DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ix Chương 1: KHẢO SÁT TỔNG QUAN VỀ MÁY BAY VẬN TẢI TRÊN MẶT NƯỚC 1.1 Tổng quan máy bay vận tải mặt nước .1 1.1.1 Khái niệm thủy phi (seaplane) 1.1.2 Lịch sử phát triển thủy phi (seaplane) 1.1.3 Điều kiện tự nhiên 1.1.4 Điều kiện nhân tạo 1.1.5 Mục đích sử dụng thủy phi (seaplane) 1.1.6 Ưu điểm, nhược điểm, hội khó khăn thủy phi (seaplane) 1.2 Phân loại nguyên lý hoạt động thủy phi (seaplane) 10 1.2.1 Phân loại .10 1.2.2 Nguyên lí hoạt động thủy phi 14 1.3 Lựa chọn phương án thiết kế thủy phi (seaplane) 17 1.4 Mục đích ý nghĩa đề tài 18 1.4.1 Mục đích đề tài .18 1.4.2 Ý nghĩa đề tài 18 Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BIÊN DẠNG THỦY PHI CƠ 19 2.1 Thiết kế khí động học thân thủy phi 19 2.1.1 Tải trọng thiết kế máy bay 22 2.1.2 Diện tích tham chiếu cánh 29 2.1.3 Thiết kế chi tiết cánh thủy phi 30 2.1.4 Thiết kế sơ thân thủy phi 42 iii 2.1.5 Thiết kế cấu hình thủy phi 47 2.2 Thiết kế khí động học phao máy bay 63 2.2.1 Biên dạng phao .63 2.2.2 Trọng lượng phao 66 2.2.3 Cân thủy tĩnh phao 68 2.2.4 Sức cản nước 72 2.3 Lựa chọn động 74 2.4 Trọng tâm thủy phi .77 2.5 Bản vẽ tổng thể 80 Chương 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIAV5R21 VÀO THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN 82 3.1 Giới thiệu phần mềm 82 3.1.1 Tổng quan phần mềm CATIA 82 3.1.2 Ứng dụng CATIA 83 3.2 Kết vẽ thiết kế phần mềm CATIA 84 Chương 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT 16.0 VÀO MÔ PHỎNG SỐ CFD 85 4.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS Fluent 85 4.1.1 Sơ lược phần mềm ANSYS Fluent 85 4.1.2 Các tính đặc trưng ANSYS Fluent 86 4.2 Các bước tính tốn mô phần mềm ANSYS Fluent 89 4.2.1 Tạo hình thủy phi .89 4.2.2 Chia lưới tính tốn 89 4.2.3 Chọn mơ hình giải toán 91 4.2.4 Xử lý kết tính tốn thu 95 4.2.5 Kiểm tra kết tính tốn thu 95 4.3 Kết bình luận 95 Chương 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - 5.1 Kết đạt - 5.2 Hạn chế - 5.3 Hướng phát triển - TÀI LIỆU THAM KHẢO - - iv DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 1.1: Thơng tin sân bay dân hoạt động Việt Nam Bảng 2.1: Tiêu chí tối ưu hóa thiết kế ban đầu, theo [7] .20 Bảng 2.2: Tỉ lệ khối lượng nhiên liệu cho giai đoạn vài máy bay, theo [7] .25 Bảng 2.3: Tỉ lệ khối lượng cho giai đoạn bay thủy phi thiết kế .26 Bảng 2.4: Giá trị hệ số tiêu thụ nhiên liệu C, theo [7] 26 Bảng 2.5: Giá trị hệ số hiệu suất số loại máy bay, theo [7] 27 Bảng 2.6: Các hệ số thực nghiệm a b, theo [7] 28 Bảng 2.7: Giá trị hệ số Clmax Vs (speed stall) số loại máy bay, theo [7] .30 Bảng 2.8: Giá trị góc chữ V [độ] cho số loại cấu hình cánh, theo [7] .34 Bảng 2.9: Thông số AR loại máy bay, theo [7] 36 Bảng 2.10: Bảng tóm tắt thơng số cánh .41 Bảng 2.11: Dữ liệu kích thước cabin đề xuất (đơn vị: cm), theo [7] .44 Bảng 2.12: Hệ số thể tích cho đuôi ngang đuôi dọc số máy bay, theo [7] 49 Bảng 2.13: Bảng tóm tắt thông số đuôi 56 Bảng 2.14: Bảng tóm tắt thơng số phao 66 Bảng 2.15 :Các mẫu cánh quạt cho ASP O-360 A1A 76 Bảng 2.16: Ước lượng trọng lượng tọa độ tâm thành phần thủy phi .78 Bảng 4.1: Thống kê lưới 91 Bảng 4.2: Các trường hợp lựa chọn mô máy bay 95 Bảng 4.3: Kết mô trường hợpLỗi! Thẻ đánh dấu khơng xác định Hình 1.1: Le Canard, theo [4] Hình 1.2: The Flying Fish, theo [4] Hình 1.3: Navy Curtiss, theo [4] .2 Hình 1.4: Short S-23 Empire, theo [4] Hình 1.5: Sikorsky S-42, theo [4] Hình 1.6: Martin M130, theo [4] .3 Hình 1.7: Hughes H-4 Hercules “Spruce Goose”, theo [4] .3 Hình 1.8: Phương tiện lưỡng cư tiên tiến Hình 1.9: Ekranoplan Nga Hình 1.10: Do.24 ATT Hình 1.11: Canadair CL-415 Hình 1.12: Beriev Be-103 Hình 1.13: Beriev Be-200 Hình 1.14: Một tàu bay (flying boat) hoạt động biển 11 Hình 1.15: Một thủy phi hoạt động biển 12 Hình 1.16: Thủy phi (floatplane) với “phao đơn” 12 v Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng G đại diện sinh ω  k  đại diện cho khuếch tán k ω Yk Y đại diện cho tiêu tán k ω Tất điều khoản tính mơ tả SST: The shear-stress transport (SST) k-ω model phát triển Menter Hiện sử dụng phổ biến để tính tốn xác dịng chảy rối khu vực gần lớp biên với độc lập dịng tự mơ hình k-ω trường xa (far field) Để đạt điều này, mô hình k-ω chuyển đổi thành cơng thức k ω Mơ hình SST k- ω tương tự mơ hình standard k- ω, bao gồm cải tiến sau: + Mơ hình standard k- ω mơ hình chuyển đổi k- ω nhân với hàm pha trộn(blending function) hai mơ hình thêm vào với Chức trộn thiết kế khu vực gần lớp biên, mà kích hoạt tiêu chuẩn mơ hình k- ω, khơng khỏi bề mặt, kích hoạt mơ hình chuyển đổi k-ω + Mơ hình SST kết hợp thuật ngữ đạo hàm khuếch tán chéo phương trình ω + Định nghĩa độ nhớt rối sửa đổi để giải thích cho việc vận chuyển ứng suất cắt rối + Các số mơ hình khác Những tính làm cho mơ hình SST k-ω xác đáng tin cậy cho lớp rộng lớn dịng chảy (ví dụ, chảy gradient áp suất bất lợi, airfoils, sóng xung kích transonic) so với standard k-ω model Các sửa đổi khác bao gồm bổ sung thuật ngữ khuếch tán chéo phương trình ω hàm pha trộn để đảm bảo phương trình mơ hình hoạt động phù hợp vùng gần tường vùng xa Mục k-omega Options : Chỉ định tham số ảnh hưởng đến giải pháp vấn đề giải với k- ω models Phần hộp thoại xuất komega chọn làm Model Low-Re Corrections định xem có nên đưa vào chỉnh sửa cải thiện độ xác dự đốn lưu lượng số Reynold thấp hay không Tùy chọn khả dụng cho the standard k- ω model Trong đề tài này, nhóm lựa chọn mơ hình rối k- SST Vì mơ hình rối thường áp dụng để mô cho mơ hình có hình dạng phức tạp, nhiều bề mặt dòng Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 94 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng chảy qua cánh máy bay, dòng chảy qua ôtô, máy bay, tàu thuyền độ dao động đồ thị Residuals ổn định hơn, dễ hội tụ mơ hình khác 4.2.4 Xử lý kết tính toán thu Bước thứ tư, “Xử lý kết tính tốn thu được”: để xem kết tính tốn sử dụng phần mềm chuyên dụng dùng để xử lý kết quả, phần mềm Blender…, sử dụng module xem kết ANSYS Fluent 4.2.5 Kiểm tra kết tính tốn thu Bước thứ năm, “Kiểm tra kết tính tốn thu được”: kết tính tốn cho thấy cấu hình lựa chọn hợp lý, thơng số thủy khí nhiệt động học đáp ứng tốt cho yêu cầu kỹ thuật đặt lựa chọn, ngược lại cần phải thiết kế mô hình lặp lại từ bước thứ chọn cấu hình phù hợp dừng q trình tính tốn 4.3 Kết bình luận Sau đặt điều kiện tính tốn thơng số tính cần thiết cho q trình giải phần mềm ANSYS Fluent ta có kết quả: Bảng 4.2: Các trường hợp lựa chọn mô máy bay α β 4o 0o - - 10o 0o 10o 15o 15o 0o 10o 15o Trong đó: α góc tới (attack angle); β góc nghiêng mơ tả Hình 4.7, Hình 4.8 Hình 4.7: Góc tới (attack angle) Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 95 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.8: Mơ tả góc tới α góc nghiêng β Kết trường hợp: α = 10°, β = 10° Trường hợp: α = 10°, β = 15° Thủy phi hoạt động tránh khỏi việc ổn định, bị tác động dịng khí chệch hướng làm bị lệch so với mặt phẳng thẳng đứng góc  , theo kết mô tham khảo,  thường thử nghiệm khoảng từ 0-20o Nhóm tiến hành mơ cho trường hợp  = 10o  = 15o ứng với góc tới  = 10o kết sau: a Đồ thị Residuals, hệ số nâng, cản Hình 4.9: Đồ thị Residuals trường hợp α = 10°, β= 10° Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Hình 4.10: Đồ thị Residuals trường hợp α = 10°, β= 15° Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 96 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.11: Đồ thị hệ số nâng trường hợp α = 10°, β= 10° Cltb = 1,727 Hình 4.12: Đồ thị hệ số nâng trường hợp α = 10°, β= 15° Cltb = 1,727 Hình 4.13: Đồ thị hệ số cản trường hợp α = 10°, β= 10° Hình 4.14: Đồ thị hệ số cản trường hợp α = 10°, β= 15° Cdtb = 0,307 Cdtb = 0,310 Nhận xét: + Dao động giá trị đồ thị Residuals trường hợp  = 10o ,  = 15o lớn rõ rệt so với trường hợp  = 10o ,  = 10o , Điều chứng tỏ sai số trở nên lớn hơn, thủy phi trở nên bất đối xứng khó tính tốn xác + Hệ số nâng Cl không thay đổi rõ rệt trường hợp có góc tới  = 10o Tuy nhiên biên độ dao động trường hợp  = 10o ,  = 15o lớn nhất, đồng nghĩa với việc thủy phi trở nên bất đối xứng nhiều khó trì hệ số nâng cao so với trường hợp  = 10o ,  = 10o trường hợp  = 10o + Hệ số cản Cd tăng, biên độ dao động lớn thủy phi có góc nghiêng  lớn hơn, đồng thời biên độ dao động kết mô lớn hơn, thủy phi bất đối xứng nhiều trở nên ổn định Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 97 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng b Đường dịng Hình 4.15: Đường dịng qua thủy phi Hình 4.16: Đường dịng qua thủy phi trường hợp α = 10°, β = 15° trường hợp α = 10°, β = 10° Hình 4.17: Đường dịng mặt Hình 4.18: Đường dịng mặt cắt thân trường hợp α = 10°, β = 10° cắt thân trường hợp α = 10°, β = 15° Hình 4.19: Đường dịng mặt Hình 4.20: Đường dịng mặt cắt cánh trường hợp α = 10°, β = 10° cắt cánh trường hợp α = 10°, β = 15° Nhận xét: + Dòng chảy qua thân bị tách dịng sớm, tạo thành nhiều xốy rõ rệt thủy phi bị lệch nhiều , điều gây cho thủy phi ổn định, khó điều khiển gia tăng sức cản Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 98 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng + Dòng chảy qua cánh trường hợp cho thấy ổn định, tức thủy phi đảm bảo hệ số nâng cần thiết, đảm bảo an tồn cho phi cơng hành khách c Phân bố vận tốc Hình 4.21: Phân bố vận tốc qua thủy Hình 4.22: Phân bố vận tốc qua thủy phi trường hợp α = 10°, β = 10° phi trường hợp α = 10°, β = 15° Hình 4.23: Phân bố vận tốc mặt cắt thân trường hợp α = 10°, β =10° Hình 4.24: Phân bố vận tốc mặt cắt thân trường hợp α = 10°, β = 15° Hình 4.25: Phân bố vận tốc mặt cắt cánh trường hợp α = 10°, β = 10° Hình 4.26: Phân bố vận tốc mặt cắt cánh trường hợp α = 10°, Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến β = 15° Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 99 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.27: Phân bố vận tốc Hình 4.28: Phân bố vận tốc mặt cắt phao trường hợp α = 10°, mặt cắt phao trường hợp α = 10°, β = 10° β = 15° Nhận xét: + Vector vận tốc trường hợp có khác rõ rệt, vecto vận tốc TH5 tạo thành xốy phía sau thân thủy phi cơ, chứng tỏ dịng khí qua thủy phi tách dịng sớm, tạo xốy, đồng thời giá trị vận tốc nhỏ hơn, thủy phi không đạt điều kiện bay tốt nhất, điều gây nguy hiểm d Phân bố áp suất Hình 4.29: Phân bố áp suất lên thủy phi trường hợp α = 10°, β = 10° Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Hình 4.30: Phân bố áp suất lên thủy phi trường hợp α = 10°, β = 15° Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 100 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.31: Phân bố áp suất thủy Hình 4.32: Phân bố áp suất thủy phi trường hợp α = 10°, β = 10° phi trường hợp α = 10°, β = 15° Hình 4.33: Phân bố áp suất mặt thủy phi trường hợp α = 10°, β = 10° Hình 4.34: Phân bố áp suất mặt thủy phi trường hợp α = 10°, β = 15° Hình 4.35: Phân bố áp suất mặt cắt thân trường hợp α = 10°, β = 10° Hình 4.36: Phân bố áp suất mặt cắt thân trường hợp α = 10°, β = 15° Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 101 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.37: Phân bố áp suất mặt cắt cánh trường hợp α = 10°, β = 10° Hình 4.38: Phân bố áp suất mặt cắt cánh trường hợp α = 10°, β = 15° Hình 4.39: Phân bố áp suất mặt cắt phao trường hợp α = 10°, β = 10° Hình 4.40: Phân bố áp suất mặt cắt phao trường hợp α = 10°, β = 15° Sinh viên thực hiện: Phan Văn Huyến Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 102 Nhận xét: + Phân bố áp suất, vận tốc trường hợp α = 10°, β = 15° nhỏ trường hợp α = 10°, β = 10° thay đổi không lớn, kết mô gần tương tự +Thủy phi bị lệch so với mặt phẳng thẳng đứng góc β phạm vi cho phép (0-20o) hoạt động ổn định, nhiên không nên để β lớn, việc gia tăng sức cản lên thủy phi cơ, giảm hệ số nâng, làm thăng bị rơi lực nâng Kết luận chung: Bảng 4.3: Kết mô trường hợp α = 4° α = 10° α = 15° Lựa chọn tính tốn Cltb Cdtb 0,626 (β = 0°) 0,133 (β = 0°) β = 0° β = 10° β = 15° β = 0° β = 10° β = 15° 1,741 1,727 1,739 0,302 0,306 0,308 β = 0° β = 10° β = 15° β = 0° β = 10° β = 15° 1,421 1,407 1,381 0,359 0,361 0,365 Clmax = 1.8 (α = 10o, β = 0°) Cd = 0.2044 (α = 4°, β = 0°) - Kết mô cho thấy thủy phi đạt hệ số nâng tối đa góc tới  = 10o , Cltb = 1,741 Sai số so với tính tốn là: = Cl max − Cltb 1,8 − 1, 741 100% = 100% = 3, 28% Cl max 1,8 Giá trị sai số   5% nên kết mơ xác so với lựa chọn ban đầu - Hệ số cản Cd trường hợp thay đổi từ 0,133 ÷ 0,365 so với thiết kế Cd = 0,2044 hợp lí Việc hệ số cản thay đổi thủy phi trường hợp bay khác với thực tế - Khi thủy phi có góc tới lớn phạm vi cho phép α = ÷ 15°, hệ số nâng khơng bị thay đổi nhiều, điều đảm bảo trình nâng độ cao mà có ổn định cần thiết Tuy nhiên hệ số cản tăng dần nên góc tới khơng vượt q phạm vi cho phép, không gia tăng lực cản gây thăng khả điều khiển - Các trường hợp thủy phi bị lệch so với mặt phẳng thẳng đứng góc β cho thấy β lớn, phạm vi β = ÷ 15°, thủy phi đảm bảo hệ số nâng độ an toàn cần thiết, nhiên hệ số cản tăng gây ổn định gia tăng lực cản, dịng khí qua thủy phi tách dịng sớm Vì cần đưa thủy phi trạng thái cân xuât góc β nêu Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết đạt Trong đề tài nhóm thực phần sau: - Thiết kế thành cơng mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng - Tính bền hệ cánh mơ hình máy bay thiết kế sử dụng phần mềm hỗ trợ CATIA: Kết cho thấy độ chuyển vị Δxmax = 2,03 [mm], ứng suất Von-mises бVMmax = 461[MPa] sinh gốc cánh bé so với giá trị ứng suất cho phép vật liệu thiết kế đưa 503 [MPa] Hệ cánh có độ “an tồn” hoạt động - Mơ số CFD mơ hình máy bay thiết kế cho kết quả: Trường vận tốc, đường dòng, phân bố áp suất Kết Cl = 1,741 so với lựa chọn thiết kế Clmax = 1,8 với sai số cho phép Δ = 3,28 %, Cd = 0,133 ÷ 0,365 so với thiết kế Cd = 0,2044 hợp lí - Phần vẽ gồm có: + Bản vẽ tổng thể thủy phi + Bản vẽ kết cấu chi tiết thủy phi + Bản vẽ kiểm nghiệm bền chi tiết hộp cánh + Bản vẽ mơ đường dịng khí động học CFD + Bản vẽ mô phân bố áp suất khí động CFD + Bản vẽ mơ phân bố vận tốc khí động CFD 5.2 Hạn chế Do hạn chế thời gian thực tài liệu tham khảo đề tài mẻ nên có số hạn chế sau: - Phương án thiết kế kết cấu khí chưa tối ưu, đề tài chủ yếu thiết kế biên dạng mô hình thủy phi - Phương án kiểm nghiệm bền thủy phi chưa tối ưu, kiểm nghiệm cho chi tiết hộp cánh, đề tài không sâu thiết kế kết cấu - Đề tài tập trung thiết kế biên dạng mơ khí động học dựa hai phần mềm CATIA ANSYS thông qua tính tốn lý thuyết Việc xây dựng, chế tạo mơ hình thực tế địi hỏi thời gian chi phí lớn, nên khả nhóm chưa thực - Chưa thực thành công mô phần phao chạy mặt nước để đánh giá lực cản, lực nâng mơ hình chạy đà mặt nước 5.3 Hướng phát triển Để cho đề tài thiết kế ứng dụng thực tế, cần phát triển hoàn thiện nội dung sau: - Sẽ tiếp tục phát triển mơ hình mơ phần phao chạy mặt nước để đánh giá lực cản, lực nâng mơ hình - Tối ưu hóa phần thiết kế kết cấu khí thực việc kiểm nghiệm tính bền cho thủy phi - Tối ưu hóa biên dạng thủy phi để có khí động học tốt - Xây dựng mơ hình thực tế để kiểm nghiệm lại thơng số tính tốn lý thuyết kết mơ qua phần mềm CFD giúp có nhìn thực tế xác khả hoạt động tính khí động học mơ hình thiết kế Qua tối ưu hóa mơ hình cách tốt - Trong tương lai, đề tài “thủy phi cơ” ứng dụng lớn ngành hàng khơng áp dụng vào thực tiễn với nhu cầu lớn nước TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ANSYS, Inc – ANSYS Fluent Theory Guide “ANSYS” [2] Alan Leonel Canamar and Ladislav Smrcek - Seaplane Conceptual Design [3] (2011) Benedikt Mohr, Joachim Schömann, Technische Universität München, [4] Garching - FUSETRA_D11_seaplane_data_base Canamar Leyva, Alan Leonel - Seaplane conceptual design and sizing [5] MSc(R) thesis (2012) Jason Moffat - Investigation & Parametric Design of an Active Aerodynamic [6] System (2017) K M., Tomaszewskl, Inz.Lotn (Warsaw) - Hydrodinamic Design of Seaplane [7] [8] [9] float (1950) Mohammad H Sadraey(auth.) - Aircraft Design_ A Systems Engineering Approach (2012) Shabeer KP ,Murtaza M A - Optimization of aircraft wing With composite material (2013) Snorri Gudmundsson - General aviation aircraft design: Applied methods and procedures (2013) [10] http://airfoiltools.com/ [11] http://hiataircraft.com.ua/en/airplanes/ ... Đức 31 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Ngày nay, công nghệ thiết kế máy bay phát triển đại, tất loại máy bay ưu tiên thiết kế cánh... Lê Minh Đức 19 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng cầu sử dụng, tạo lợi nhuận việc kinh doanh du lịch - công tác cứu hộ thủy phi Bảng... 30 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 2.8: Quy trình thiết kế thông số cánh, theo [7] a Chọn số cánh Trước công nghệ thiết kế