ĐỒ án tốt NGHIỆP nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng mặt đất và vành bảo vệ cánh quạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất vành bảo vệ cánh quạt VŨ THÁI DUY duy.vt150639@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Hàng không Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Vũ Đình Quý TS Lê Thị Tuyết Nhung Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ Cơ khí động lực HÀ NỘI, 7/2020 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: Vũ Thái Duy Điện thoại liên lạc: 0336496168 Email: duy.vt150539@sis.hust.edu.vn Lớp: Kĩ sư chất lượng cao – Cơ khí hàng khơng – K60 Họ tên sinh viên: Nguyễn Trọng Thuận Điện thoại liên lạc: 0987510673 Email: thuan.nt153661@sis.hust.edu.vn Lớp: Kỹ thuật Hàng khơng – K60 Hệ đào tạo: Đại học Chính quy Đồ án tốt nghiệp (ĐATN) thực tại: Bộ môn Kỹ thuật hàng không Vũ trụ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Thời gian làm ĐATN: - Ngày giao nhiệm vụ: 04/03/2020 - Ngày hoàn thành nhiệm vụ:14/07/2020 Mục đích nội dung ĐATN: Nghiên cứu, mô số thực nghiệm ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất cánh quạt có vành bảo vệ sử dụng máy bay nhiều chong chóng mang Các nhiệm vụ cụ thể ĐATN - Tổng quan máy bay nhiều chong chóng mang - Cơ sở lí thuyết nghiên cứu cánh quạt có vành bảo vệ - Thiết kế, mơ số, thực nghiệm cánh quạt có vành bảo vệ - Kết luận đề xuất cải tiến Lời cam đoan sinh viện: Chúng – Vũ Thái Duy Nguyễn Trọng Thuận – cam kết ĐATN kết nghiên cứu thân hướng dẫn PGS TS Vũ Đình Quý TS Lê Thị Tuyết Nhung Các kết nêu ĐATN trung thực, khơng phải chép tồn văn cơng trình khác Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành ĐATN cho phép bảo vệ: ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng 07 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn PGS TS Vũ Đình Quý TS Lê Thị Tuyết Nhung Nhận xét giáo viên phản biện …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng 07 năm 2020 Giáo viên phản biện TS PHẠM GIA ĐIỀM Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Vũ Đình Quý, TS Lê Thị Tuyết Nhung thầy cô Bộ môn Kỹ thuật hàng không vũ trụ Viện Cơ khí động lực tận tình bảo, hướng dẫn em hoàn thành đề tài Đồ án Tốt nghiệp Do kiến thức hạn hẹp, nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận đóng góp từ thầy bạn Tóm tắt nội dung đồ án Ngày nay, khả điều khiển thiết bị bay mà không cần ngồi buồng lái khơng cịn xuất phim viễn tưởng Nhờ phát triển điện tử điều khiển tự động, UAV trở nên phổ biến, phát triển xuất nhiều lĩnh vực thực tế đóng góp nhiều vai trị quan trọng Trong quân sự, UAV dùng để giám sát an ninh, theo dõi, tình báo, cơng mục tiêu Trong dân sự, chúng dùng để vận chuyển hàng hóa hay quay phim, chụp ảnh, cho cảnh quay góc chụp đẹp mà người khó thực trực tiếp Trong cứu hộ cứu nạn, chúng dùng để cấp cứu biển, cảnh báo cháy, theo dõi tình hình nơi nguy hiểm từ cao Máy bay nhiều chong chóng mang loại UAV phổ biến có khả bay treo cất hạ cánh thẳng đứng nên đưa vào sử dụng cho nhiệm vụ đặc biệt Tuy nhiên, máy bay nhiều chong chóng mang có nhược điểm khả mang tải hạn chế, thời gian bay treo thấp nên cần cải thiện hiệu suất cánh quạt để tăng thời gian bay mang tải Nhiều loại máy bay nhiều chong chóng mang có thêm vành bảo vệ để bảo vệ cánh quạt, tránh làm bị thương cho người Nhiều nghiên cứu rằng, việc lắp thêm vành giúp tăng hiệu suất cánh quạt, chưa xét đến trường hợp tránh khỏi multicopter cất, hạ cánh hiệu ứng mặt đất Đề tài này, tập trung nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất tới cánh quạt quay có vành bảo vệ, để xem xét xem liệu giúp thiết bị mang tải lớn hay không? Sinh viên thực Vũ Thái Duy Nguyễn Trọng Thuận MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .1 1.1 Đặt vấn đề .1 1.1.1 Tại nên sử dụng vành bảo vệ cho chong chóng mang 1.1.2 Hiệu ứng mặt đất máy bay nhiều chong chóng mang 1.2 Các nghiên cứu lực nâng chong chóng mang có vành, khơng vành chong chóng mang chịu ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất 1.2.1 Ảnh hưởng vành đến lực nâng chong chóng mang 1.2.2 Lực nâng chong chóng mang ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất đến lực nâng 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu .5 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC .7 2.1 2.2 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Giới thiệu UAVs máy bay nhiều chong chóng mang 2.1.2 Tiềm giúp tăng hiệu suất vành bảo vệ .11 2.1.3 Lý thuyết động lượng .12 2.1.4 Hiệu ứng mặt đất cánh quạt quay .16 Các nghiên cứu trước 17 2.2.1 Nghiên cứu thực nghiệm mô vành bảo vệ 17 2.2.2 Thực nghiệm hiệu ứng mặt đất cánh không vành .19 2.2.3 Nghiên cứu cánh có vành có hiệu ứng mặt đất 20 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG SỐ LỰC NÂNG CỦA CÁNH QUẠT QUAY CÓ VÀNH 23 3.1 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm lực nâng Cánh quạt có vành 23 3.1.1 Thí nghiệm đo lực nâng tác giả Đàm Vương Sơn [13] .23 3.1.2 Thiết kế, chế tạo gia công vành 24 3.1.3 Phương án kết nối vành Cánh quạt 25 3.1.4 Chuẩn bị thí nghiệm .27 3.1.5 Mô hình đo .27 3.1.6 Giới thiệu phần mềm đo RCBenchmark GUI 28 3.1.7 Các trường hợp thí nghiệm .30 Mô số 33 3.2.1 Lý thuyết học chất lưu 33 3.2.2 Mơ hình rối SST k-ω 36 3.2.3 Định lý lớp biên 36 3.2.4 Mô sử dụng ANSYS FLUENT 37 3.2.5 Xây dựng mơ hình hình học 37 3.2.6 Chia lưới 40 3.2.7 Thiết lập điều kiện biên tiêu chuẩn hội tụ: 41 3.2.8 Tính tốn xuất kết .42 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ MƠ PHỎNG .45 4.1 4.2 Khơng có hiệu ứng mặt đất 45 4.1.1 Khơng có vành bảo vệ 45 4.1.2 Có vành bảo vệ .46 Có hiệu ứng mặt đất 50 4.2.1 Khơng có vành bảo vệ 50 4.2.2 Có vành bảo vệ .51 KẾT LUẬN 58 Mục tiêu đạt 58 Hướng phát triển đồ án tương lai .58 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ca sĩ Enrique Iglesias bị thương máy bay không người lái .1 Hình 1.2 Drone bị gãy cánh Hình 1.3 Máy bay bị vướng vào Hình 1.4 Máy bay nhiều chóng mang có vành bảo vệ Hình 1.5 Chong chóng mang khảo sát địa hình hang động Hình 1.6 Chong chóng mang khảo sát địa hình thực tế .2 Hình 1.7 Các thơng số cho vành nghiên cứu [4] Hình 1.8 Mơ hình vành sử dụng nghiên cứu [4] để mơ Hình 1.9 Thiết kế vành sử dụng nghiên cứu [5] dùng cho thực nghiệm Hình 2.1 Máy bay nhiều chong chóng mang .7 Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động máy bay nhiều chong chóng mang .8 Hình 2.3 Cứu hộ Hình 2.4 Mapping .9 Hình 2.5 Quay phim 10 Hình 2.6 Nông nghiệp .10 Hình 2.7 Quân 10 Hình 2.8 Giao hàng 11 Hình 2.9 Mơ hình vành bảo vệ 11 Hình 2.10 Dịng khí qua vành bảo vệ 12 Hình 2.11 Cánh quạt quay khơng vành .12 Hình 2.12 Cánh quạt quay có vành 12 Hình 2.13 Minh họa hiệu ứng mặt đất .16 Hình 2.14 Thơng số hình học cuả vành .17 Hình 2.15 Lắp đặt thực nghiệm nghiên cứu 18 Hình 2.16 Kết nghiên cứu [9] [5] 19 Hình 2.17 Lắp đặt thực nghiệm nghiên cứu [10] 19 Hình 2.18 Kết nghiên cứu [10] 20 Hình 2.19 Mơ hình cánh vành nghiên cứu [11] 20 Hình 2.20 Tỉ số lực nâng có hiệu ứng mặt đất lực nâng khơng có hiệu ứng mặt đất nghiên cứu [11] .21 Hình 2.21 Mơ hình cánh vành nghiên cứu [12] 21 Hình 2.22 Thơng số hình dạng vành nghiên cứu [12] .22 Hình 2.23 Tỉ số lực nâng có hiệu ứng mặt đất khơng có hiệu ứng mặt đất nghiên cứu [12] 22 Hình 3.1 Thanh nhơm định hình .23 Hình 3.2 Hình dáng vành dựa nghiên cứu [5] 24 Hình 3.3 Vành thiết kế 3D 24 Hình 3.4 Hình ảnh vành in 3D 25 Hình 3.5 Hình dáng áo động 25 Hình 3.6 Hình ảnh thiết kế phương án kết nối vành động 26 Hình 3.7 Thanh ren kết nối vành áo vành .26 Hình 3.8 Hình ảnh động kết nối với vành 26 Hình 3.9 Sơ đồ đo thực nghiệm lực nâng Cánh quạt 27 Hình 3.10 Lắp đặt thí nghiệm đo lực nâng Cánh quạt .28 Hình 3.11 Giao diện phần mềm RCBenchmark 28 Hình 3.12 Giao diện cài đặt phần mềm .28 Hình 3.13 Điều chỉnh giới hạn đo .29 Hình 3.14 Điều chỉnh ga lấy số liệu 29 Hình 3.15 Kết lực nâng lưu lại dạng file Excel 29 Hình 3.16 Cánh quạt khơng vành khơng bị ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất30 Hình 3.17 Cánh quạt có vành khơng bị ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất 30 Hình 3.18 Cánh quạt khơng vành độ cao H=0.5R 31 Hình 3.19 Cánh quạt có vành độ cao H=0.5R 31 Hình 3.20 Cánh quạt không vành độ cao H=R .31 Hình 3.21 Cánh quạt có vành độ cao H=R .31 Hình 3.22 Cánh quạt khơng vành độ cao H=1.5R 31 Hình 3.23 Cánh quạt có vành độ cao H=1.5R 31 Hình 3.24 Cánh quạt có vành độ cao H=2R 32 Hình 3.25 Cánh quạt khơng vành độ cao H=2R .32 Hình 3.26 Cánh quạt có vành độ cao H=3R 32 Hình 3.27 Cánh quạt khơng vành độ cao H=3R .32 Hình 3.28 Giá trị vận tốc tức thời trung bình 34 Hình 3.29 Mơ hình k-ω SST .36 Hình 3.30 Định lý lớp biên 36 Hình 3.31 Mơ hình cánh APC 15x4 37 Hình 3.32 Kích thước miền dòng chảy 38 Hình 3.33 Kích thước miền quay 38 Hình 3.34 Thơng số hình học vành .38 Hình 3.35 Hình dạng vành thiết kế theo nghiên cứu [4] 39 Hình 3.36 Hình dạng vành thiết kế dùng cho thực nghiệm 39 Hình 3.37 Miền quay đặt cánh vành .39 Hình 3.38 Độ cao H so với mặt đất 39 3.1.2 Có vành bảo vệ 1.1.1.1 Mơ lực nâng với mẫu vành tròn theo nghiên cứu[ CITATION Vươ \l 1033 ]: Bảng 4.14 Kết mô lực nâng cánh APC 15x4 có vành trịn khơng vành khơng có hiệu ứng mặt đất Vịng quay (vịng/phút) 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Không vành 198.16 301.42 409.76 553.32 716.87 939.19 Lực nâng mơ (gf) Có vành Cánh Vành 183.46 43.28 272.4 65.98 368.09 85.23 456.21 160.47 602.06 186.34 757.59 240.57 Tăng (%) Tổng 226.74 338.38 453.32 616.68 788.40 998.16 14.42 12.26 10.63 11.45 9.98 6.28 1200 Mẫu vành trịn Lực nâng (gf) 1000 Khơng vành 800 600 400 200 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Tốc độ quay (rpm) Hình 4.85 Đồ thị kết mơ lực nâng cánh APC 15x4 lắp vành bảo vệ mẫu trịn khơng vành khơng có hiệu ứng mặt đất Nhận xét: Xu hướng lực nâng cao dùng vành xảy với cánh 15 inch, giống với nghiên cứu [ CITATION Vươ \l 1033 ] mức độ tăng lên lực nâng lớn tốc độ quay thấp, cao 14.42% tốc độ 2500 rpm mức độ tăng giảm dần tăng vận tốc Nếu tính riêng lực nâng cánh lực nâng nhỏ so với cánh quạt quay khơng vành, phần vành có lực nâng lớn nên tổng cộng lực nâng cánh quạt quay có vành lớn Kết mơ thực nghiệm cánh APC 15x4 lắp mẫu vành cải tiến với khối lượng giảm nửa so với mẫu vành tròn 50 3.1.2.1 Lực nâng cánh quạt quay với mẫu vành cải tiến: Bảng 4.15 Kết mô lực nâng cánh APC 15x4 lắp mẫu vành cải tiến khơng có hiệu ứng mặt đất Vịng quay (vịng/phút) 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Không vành 198.16 301.42 409.76 553.32 716.87 939.19 Lực nâng mơ (gf) Có vành Cánh Vành 180.08 40.73 268.48 62.68 362.78 81.20 445.42 152.20 589.22 179.94 753.02 234.39 Tăng (%) Tổng 220.81 331.16 443.98 597.62 769.16 987.41 11.43 9.87 8.35 8.01 7.29 5.13 Bảng 4.16 So sánh lực nâng mẫu vành cải tiến với mẫu vành tròn Tốc độ quay (vòng/phút) 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Lực nâng mô (gf) Mẫu vành tròn Mẫu vành cải tiến 226.74 220.81 338.38 331.16 453.32 443.98 616.68 597.62 788.40 769.16 998.16 987.41 Độ chênh lệch (%) -2.62 -2.13 -2.06 -3.09 -2.44 -1.08 51 1200 Mẫu vành trịn Khơng vành Mẫu vành cải tiến Lực nâng (gf) 1000 800 600 400 200 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Tốc độ quay (rpm) Hình 4.86 Đồ thị kết mô lực nâng cánh APC 15x4 lắp vành bảo vệ mẫu tròn, mẫu cải tiến khơng vành khơng có hiệu ứng mặt đất Nhận xét:  Khi dùng mẫu vành cải tiến có xu hướng lực nâng cao hơn, mức độ tăng lên lực nâng lớn tốc độ quay thấp, cao 11.43% tốc độ 2500 rpm mức độ tăng giảm tăng vận tốc Nếu tính riêng lực nâng cánh lực nâng nhỏ so với cánh quạt quay không vành, phần vành có lực nâng lớn nên tổng cộng lực nâng cánh quạt quay có vành lớn  Mẫu vành cải tiến có xu hướng tăng lực nâng giống mẫu vành tròn xây dựng theo nghiên cứu [ CITATION Vươ \l 1033 ] nên sử dụng mẫu vành cải tiến cho nghiên cứu có hiệu ứng mặt đất sau  Mẫu vành cải tiến cho lực nâng thấp so với mẫu vành trịn, chênh lệch nhỏ khơng đến 4%, cao 3.09% tốc độ 4000 rpm Nhưng mà mẫu vành trịn tích lớn gấp đơi mẫu vành cải tiến nên thực tế mẫu vành trịn có khối lượng gấp đôi mẫu vành cải tiến, mẫu vành cải tiến có lợi 3.1.2.2 Kết thực nghiệm lực nâng với mẫu vành cải tiến Bảng 4.17 Kết thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 lắp mẫu vành cải tiến khơng có hiệu ứng mặt đất Tốc độ quay (vòng/phút) 2500 3000 3500 Lực nâng thực nghiệm (gf) Khơng vành Có vành 184.16 201.8 281.37 308.03 385.13 422.37 Chênh lệch (%) 9.58 9.48 9.67 52 4000 4500 5000 529.74 696.31 909.19 574.44 745.79 967.75 8.44 7.11 6.44 Bảng 4.18 Sai số lực nâng cánh quạt quay có vành khơng HƯMĐ theo mơ thực nghiệm Tốc độ quay (vòng/phút) 2500 3000 3500 4000 4500 5000 1000 900 800 Lực nâng (gf) 700 600 Lực nâng (gf) Mô Thực nghiệm 220.81 201.8 331.16 308.03 443.98 422.37 597.62 574.44 769.16 745.79 987.41 967.75 Sai số (%) 9.42 7.51 5.12 4.04 3.13 2.03 Lực nâng Rotor khơng vành có vành (Thực nghiệm) Có vành Khơng vành 500 400 300 200 100 2500 3000 3500 4000 RPM 4500 5000 5500 Hình 4.87 So sánh lực nâng cánh quạt quay khơng vành có vành không bị ảnh hưởng bới HƯMĐ theo thực nghiệm 53 Lực nâng Rotor khơng vành có vành (Mơ phỏng) 1000 Lực nâng (gf) 900 800 Có vành 700 Khơng vành 600 500 400 300 200 100 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 RPM Hình 4.88 So sánh lực nâng cánh quạt quay khơng vành có vành không bị ảnh hưởng bới HƯMĐ theo mô Nhận xét:  Kết thực nghiệm cho thấy dùng mẫu vành cải tiến có xu hướng lực nâng cao hơn, cao 9.67% tốc độ 3500 rpm  So với thực nghiệm kết mô sai lệch không 10%, cao 9.42% tốc độ 2500 rpm  Cả mô thực nghiệm cho thấy dùng mẫu vành cải tiến có xu hướng tăng lực nâng 3.2 Có hiệu ứng mặt đất Các nghiên cứu phần có hiệu ứng mặt đất thực mô thực nghiệm tốc độ 4500 rpm 3.2.1 Khơng có vành bảo vệ Lực nâng khơng có hiệu ứng mặt đất thực phần 3.1 TOGE = 716.87 gf mô TOGE = 691.31 gf thực nghiệm 3.2.1.1 Kết lực nâng cánh APC 15x4 khơng vành có hiệu ứng mặt đất: Bảng 4.19 Kết mô thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 không vành H (mm) H= 0.75R H=R H = 1.5R Lực nâng T IGE (gf) Thực nghiệm Mô Sai số (%) 142.875 881.29 822.31 2.59 190.50 285.75 775.00 733.93 795.06 764.50 4.17 3.56 54 H = 2R 381.00 710.62 735.90 H = 2.5R 476.25 701.81 728.09 H = 3R 571.50 698.22 724.04 H = 3.5R 666.75 696.01 720.82 H = 4R 762.00 695.08 719.92  H: Khoảng cách từ mặt đất đến cánh quạt  T IGE : Lực nâng có hiệu ứng mặt đất  T OGE: Lực nâng không hiệu ứng mặt đất 3.74 3.70 3.56 3.57 3.60 ⁎ Tỉ số lực nâng có hiệu ứng mặt đất khơng có hiệu ứng mặt đất Bảng 4.20 Tỉ số lực nâng có hiệu ứng mặt đất khơng có hiệu ứng mặt đất H (mm) H= 0.75R H=R H = 1.5R H = 2R H = 2.5R H = 3R H = 3.5R H = 4R 142.87 190.50 285.75 381.00 476.25 571.50 666.75 762.00 TIGE/TOGE Thực nghiệm Mô 1.121 1.109 1.063 1.028 1.025 1.020 1.014 1.011 1.006 1.066 1.025 1.023 1.016 1.013 1.010 1.005 55 Lực nâng rotor khơng vành có ảnh hưởng HƯMĐ 1.20 Chesesman & Bennet 1.15 Hayden Thực nghiệm Ti/To 1.10 Mô 1.05 1.00 0.95 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 H/R Hình 4.89 Tỉ số lực nâng có hiệu ứng mặt đất khơng có hiệu ứng mặt đất cánh APC 15x4 không vành *Ti: Lực nâng cánh quạt quay bị ảnh hưởng bới hiệu ứng mặt đất *To: Lực nâng cánh quạt quay không bị ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất Nhận xét:  Ta thấy lực nâng của cánh APC 15x4 hồn tồn phù hợp với tính tốn lý thuyết  Lực nâng tăng giảm khoảng cách từ cánh quạt đến mặt đất Ở độ cao H = 0.75R lực nâng tăng 12.1% thực nghiệm 10.9% mô Từ giá trị H = 4R trở lực nâng dường khơng đổi, tăng không 0.4%  Kết mô thực nghiệm tỉ số lực nâng có xu hướng với hai công thức Hayden [ CITATION JSH67 \l 1033 ] CheesemanBennet[ CITATION ICC75 \l 1033 ] H = 0.75R tỉ số lực nâng thấp khoảng 7.56%, sai số giảm dần tăng độ cao tiến đến 3.2.2 Có vành bảo vệ 3.2.2.1 Kết mơ mẫu vành trịn: Lực nâng mô cánh APC 15x4 lắp mẫu vành trịn khơng có hiệu ứng mặt đất thực phần 4.1.2 TOGE = 788.40 gf 56 Bảng 4.21 Kết lực nâng cánh APC 15x4 lắp mẫu vành trịn có hiệu ứng mặt đất H (mm) H= 0.75R H=R H = 1.5R H = 2R H = 2.5R H = 3R H = 3.5R H = 4R Lực nâng (gf) Cánh Vành Tổng (TIGE) T IGE /T OGE 142.875 735.79 21.40 772.20 0.960 190.50 285.75 381.00 476.25 571.50 666.75 762.00 32.05 61.38 108.95 146.25 159.17 172.39 181.86 741.65 718.77 745.69 767.68 771.91 780.10 783.51 0.915 0.895 0.945 0.974 0.982 0.989 0.994 689.60 644.38 635.74 621.43 614.74 607.62 601.64 T_IGE/T_OGE 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.5 1.5 2.5 3.5 H/R Hình 4.90 Tỉ số lực nâng có hiệu ứng mặt đất lực nâng khơng có hiệu ứng mặt đất cánh APC 15x4 lắp vành tròn Nhận xét: Ở độ cao H = 0.75R lực nâng giảm 2.1% Lực nâng giảm từ H = 0.75R đến H = 1.5R sau tăng đến H = 4R, lực nâng thấp giảm 8.8% độ cao H = 1.5R Từ độ cao H = 4R trở lên lực nâng dường khơng thay đổi, sai lệch không 1% 3.2.2.2 Kết mô thực nghiệm mẫu vành cải tiến có hiệu ứng mặt đất Lực nâng cánh APC 15x4 lắp mẫu vành cải tiến khơng có hiệu ứng mặt đất TOGE = 769.16 gf mô T OGE = 745.79 gf thực nghiệm 57 Bảng 4.22 Kết mô lực nâng cánh APC 15x4 lắp vành cải tiến có hiệu ứng mặt đất T IGE /T OGE Lực nâng mô (gf) Cánh Vành Tổng (TIGE) mô H (mm) H = 0.75R H=R H = 1.5R H = 2R H = 2.5R H = 3R H = 3.5R H = 4R 142.875 190.50 285.75 381.00 476.25 571.50 666.75 762.00 724.02 680.77 634.54 622.19 612.10 604.57 597.60 590.77 34.29 44.47 68.00 106.17 140.25 151.77 163.66 174.65 755.31 725.24 702.54 728.36 752.35 756.34 761.26 765.42 0.982 0.943 0.913 0.947 0.978 0.983 0.990 0.995 Bảng 4.23 Kết thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 lắp vành cải tiến có hiệu ứng mặt đất T IGE /T OGE Lực nâng (gf) H (mm) H = 0.75R H=R H = 1.5R H = 2R H = 2.5R H = 3R H = 3.5R H = 4R 142.87 190.50 285.75 381.00 476.25 571.50 666.75 762.00 Thực nghiệm (TIGE) Mô Sai số (%) thực nghiệm 722.74 755.31 4.51 0.969 698.78 680.40 700.04 712.70 714.48 720.37 740.40 725.24 702.54 728.36 752.35 756.34 761.26 765.42 3.79 3.25 4.05 5.56 5.86 5.68 3.38 0.937 0.912 0.939 0.956 0.958 0.966 0.993 Bảng 4.24 So sánh độ chênh lệch lực nâng thực nghiệm cánh không vành có vành cải tiến theo độ cao H (mm) H = 0.75R H=R H = 1.5R H = 2R H = 2.5R H = 3R H = 3.5R 142.875 190.50 285.75 381.00 476.25 571.50 666.75 Lực nâng thực nghiệm (gf) Khơng vành Có vành Sai số (%) 775.00 722.74 -6.74 734.93 698.78 -4.92 710.62 680.40 -4.25 708.81 700.04 -1.24 705.22 712.70 1.06 701.01 714.48 1.92 699.08 720.37 3.05 58 H = 4R 762.00 695.34 740.40 6.48 Thực nghiệm 1000 Lực nâng (gf) 800 600 400 Có vành Khơng vành 200 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 H/R Hình 4.91 Xu hướng lực nâng cánh quạt quay không vành có vành chịu ảnh hưởng HƯMĐ theo thực nghiệm So sánh độ chênh lệch lực nâng mơ cánh APC 15x4 khơng vành có vành cải tiến theo độ cao: Bảng 4.25 So sánh độ chênh lệch lực nâng mô cánh APC 15x4 khơng vành có vành cải tiến theo độ cao H (mm) H = 0.75R H=R H = 1.5R H = 2R H = 2.5R H = 3R H = 3.5R H = 4R 142.875 190.50 285.75 381.00 476.25 571.50 666.75 762.00 Lực nâng mô (gf) Không vành Có vành Sai số (%) 795.06 755.31 -5.26 764.50 725.24 -5.41 734.90 702.54 -4.61 733.09 728.36 -0.65 728.04 752.35 3.23 726.19 756.34 3.99 723.92 761.26 4.91 720.34 765.42 5.89 59 Mơ 1000 Lực nâng (gf) 800 600 400 Có vành Không vành 200 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 H/R Hình 4.92 Xu hướng lực nâng cánh quạt quay khơng vành có vành chịu ảnh hưởng HƯMĐ theo thực nghiệm Nhận xét: Lực nâng cánh quạt quay có vành bắt đầu nhỏ cánh quạt quay không vành độ cao 2R Cánh quạt quay có vành cho lực nâng thấp vị trí 1.5R Lực nâng cánh quạt APC 15x4 hai cánh 1.60 có vành Mơ Thực nghiệm 1.50 1.40 Ti/To Cánh 13-inch cánh 1.30 1.20 1.10 1.00 0.90 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 H/R Hình 4.93 Đồ thị tỉ số lực nâng Ti/To với Cánh quạt có vành chịu ảnh hưởng HƯMĐ Hình 4.94 Đồ thị lực nâng cánh quạt 13 inch cánh có vành bảo vệ chịu ảnh hưởng HƯMĐ 60 Cánh 16-inch cánh Hình 4.95 Kết lực nâng cánh quạt có vành chịu ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất theo nghiên cứu [ CITATION RTT58 \l 1033 ]  Ti: Lực nâng cánh quạt quay bị ảnh hưởng bới hiệu ứng mặt đất  To: Lực nâng cánh quạt quay không bị ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất Nhận xét:  Lực nâng cánh quạt có vành phụ thuộc vào vành cánh quạt sử dụng Khi xu hướng lực nâng nghiên cứu khác  So với thực nghiệm kết mơ sai lệch khơng q 6%, cao 5.86% độ cao H = 3R Mơ thực nghiệm có xu hướng lực nâng giảm từ H = 0.75R đên 1.5R sau tăng đến H = 4R  Đối với mơ phỏng, độ cao H = 0.75R lực nâng giảm 1.8% Lực nâng giảm từ H = 0.75R đến H = 1.5R sau tăng đến H = 4R, lực nâng thấp giảm 8.7% độ cao H = 1.5R Từ độ cao H = 4R trở lên lực nâng dường khơng thay đổi, sai lệch không 1%  Đối với thực nghiệm, độ cao H = 0.75R lực nâng giảm 3.1% Lực nâng giảm từ H = 0.75R đến H = 1.5R sau tăng đến H = 4R, lực nâng thấp giảm 8.8% độ cao H = 1.5R Từ độ cao H = 4R trở lên lực nâng dường không thay đổi, sai lệch không 1%  Mẫu vành cải tiến có xu hướng với mẫu vành tròn lực nâng giảm từ H = 0.75R đên 1.5R sau tăng đến H = 4R 61 ⁎ Xét riêng lực nâng cánh quạt quay vành: 800 700 Lực nâng (gf) 600 500 Cánh mẫu vành tròn Cánh mẫu vành cải tiến Vành mẫu vành tròn Vành mẫu vành cải tiến 400 300 200 100 0.5 1.5 2.5 3.5 H/R Hình 4.96 Xu hướng lực nâng cánh vành Nhận xét: Đối với hai mẫu vành, gần mặt đất, lực nâng cánh tăng lực nâng vành lại giảm với nhận xét nghiên cứu[ CITATION RTT58 \l 1033 ][ CITATION HHa18 \l 1033 ] 62 KẾT LUẬN Mục tiêu đạt Đồ án thực mô phỏng, thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 không vành có vành tốc độ quay khác nhau, mơ phỏng, thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 không vành có vành tốc độ quay 4500 rpm độ cao khác Từ xác định được mẫu vành thực nghiệm giúp tăng lực nâng chưa xét đến khối lượng vành Kết rút từ đồ án cho thấy hiệu ứng mặt đất có tác dụng làm tăng lực nâng cánh quạt quay, nhiên, với vành hiệu ứng mặt đất lại làm giảm lực nâng vành Đây yếu tố cần xét đến tính tốn, thiết kế máy bay nhiều chong chóng mang có vành bay treo tầm thấp Lực nâng có vành tăng thêm 7% lực nâng tốc độ bay treo thiết kế, lắp thêm vành phải xét đến khối lượng vành tăng thêm Hướng phát triển đồ án tương lai Có thể thấy xu hướng ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất lên cánh quạt có vành khác với kết cấu vành kích thước cánh khác Vậy nên cần làm rõ xu hướng với cánh thông dụng thông số vành cố định Bên cạnh đó, đồ án nghiên cứu điều kiện lý tưởng khơng có gió, thực tế ln có gió tác động lên máy bay nhiều chong chóng mang hoạt động Vì hướng phát triển đồ án khảo sát kiểm nghiệm lực nâng cánh quạt quay khơng vành có vành có gió thổi ngang Cũng cần phải khảo sát thêm vành cánh khác để có thêm sở cho việc tính tốn thiết kế máy bay nhiều chong chóng mang Từ đưa thiết kế tối ưu hình dạng vành, khối lượng, kết cấu cánh quạt quay với vành TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 [1] J L.Pereira, "Hover And Wind-Tunnel Testing Of Shrounded Rotors For Improved Micro Air Vehicle Design," 2008 [2] W Johnson, "Rotorcraft Aeromechanics," 2013 [3] G D Padfield, "Helicopter flight dynamics," 2008 [4] V C Đạt, "Nghiên cứu, mô ảnh hưởng vành bảo vệ tới đặc tính khí động cánh quạt," 2019 [5] V Hrishikeshavan, J Sirohi, M Tishchenko and I Chopra, "Design, Development, and Testing of a Shrouded Single-Rotor Micro Air Vehicle with Antitorque Vanes," 2011 [6] I C Cheeseman and W E Bennett, "The Effect of the Ground on a Helicopter Rotor on in Forward Flight," 1975 [7] J S Hayden, "The Effect Of The Ground On Helicopter Hovering Power Required," 1967 [8] N T Mịch, Giáo trình máy bay trực thăng, NXB Bách Khoa - Hà Nội, 2009 [9] V K Lakshminarayan and J D Baeder, "Computational Investigation of Microscale Shrouded Rotor," 2011 [10] D D C Bernard, M Giurato and F R a M Lovera, "Ground effect analysis for a quadrotor platform," 2017 [11] R T Taylor, "Experimental Investigation of the Effects of Some Shroud Design Variables on the Static Thrust Characteristics of a Small-Scale Shrouded Propeller Submerged in a Wing," 1958 [12] H Han, C Xiang, B Xu and Y Yu, "Aerodynamic performance and analysis of a hovering micro-scale shrouded rotor in confined environment," 2018 [13] Đ V Sơn and V T Anh, "Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thực nghiệm mô số hiệu suất cánh quạt sử dụng multirotors," 2019 64 ... thu qua nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất cánh quạt có vành bảo vệ Kiểm nghiệm lực nâng cánh quạt không vành bảo vệ chịu ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất Lực nâng tăng lên so với khối lượng vành Các... đất R bán kính cánh quạt TIGE tổng lực nâng cánh quạt quay vành có hiệu ứng mặt đất TOGE tổng lực nâng cánh quạt quay vành khơng có hiệu ứng mặt đất  OR cánh quạt quay không vành  SR cánh quạt. .. Ttotal = TCánh quạt σd = 1/2) So sánh cánh quạt quay có vành khơng vành: Kí hiệu: SR cánh quạt quay có vành (shrounded – Cánh quạt) , OP cánh quạt quay không vành (open – Cánh quạt) Vậy dựa vào cơng