Máy bay trực thăng là loại khí cụ bay được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không dân dụng và trong quân sự.Do những tính chất đặc biệt của máy bay trực thăng: bay lên và hạ cánh theo phương thẳng đứng, bay treo không trung, … cho phép ta thực hiện những nhiệm vụ mà các khí cụ bay khác không thể thực hiện được
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - BÁO CÁO CUỐI KỲ CÁC HỆ THỐNG TRÊN MÁY BAY I Chủ đề: Thiết kế máy bay trực thăng tải trọng 15kg – 30kg GVHD: TS Phạm Gia Điềm Mã lớp: 124531 Nhóm sinh viên thực hiện: Họ tên Nguyễn Hữu Minh Phạm Hoàng Nam Nguyễn Minh Hiếu Võ Tá Quyền Trần Văn Vũ Trần Văn Hoài Phạm Văn Vĩnh MSSV 20186062 20186068 20186043 20153097 20186082 20186048 20164702 Hà Nội, 7/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO CUỐI KỲ CÁC HỆ THỐNG TRÊN MÁY BAY I Chủ đề: Thiết kế máy bay trực thăng tải trọng 15kg – 30kg Điểm Nhận xét, đánh giả giảng viên GVHD: TS Phạm Gia Điềm Mã lớp: 124531 Nhóm sinh viên thực Họ tên Nguyễn Hữu Minh Phạm Hoàng Nam Nguyễn Minh Hiếu Võ Tá Quyền Trần Văn Vũ Trần Văn Hoài Phạm Văn Vĩnh MSSV 20186062 20186068 20186043 20153097 20186082 20186048 20164702 Hà Nội, 7/2021 Mục Lục I Tổng quan máy bay trực thăng II Sơ lược sản phẩm Tổng quan b Ứng dụng .8 c Thông số 10 III Hệ thống điều khiển tự động 10 a Giới thiệu .10 b Đặc điểm kỹ thuật .11 IV Tính tốn động 13 a Tổng quan động hàng không .13 b Động máy bay trực thăng .15 c Chọn động cho máy bay trực thăng mô hình 18 V Vật liệu chế tạo 20 a I Tổng quan máy bay trực thăng Máy bay trực thăng loại khí cụ bay sử dụng rộng rãi ngành hàng không dân dụng quân sự.Do tính chất đặc biệt máy bay trực thăng: bay lên hạ cánh theo phương thẳng đứng, bay treo không trung, … cho phép ta thực nhiệm vụ mà khí cụ bay khác khơng thể thực Các phận máy bay trực thăng: + Chong chóng mang: truyền chuyển động từ động + Thân máy bay: dùng để bố trí phi hành đồn, hành khách, thiết bị hàng hóa + Càng: để đáp di chuyển địa hình thích hợp + Chong chóng lái: đảm bảo cân đường bay điều khiển đường - bay máy bay + Động cơ: truyền chuyển động cho chong chóng lái, chong chóng mang thiết bị khác + Hệ thống truyền động: truyền momen xoắn từ động đến chong chóng mang chong chóng lái Nguyên lí hoạt động + Cánh quạt chính: - Cánh quạt tạo lực nâng thắng trọng lực để nâng máy bay lên không gian Thay đổi mặt phẳng quay cánh quạt giúp máy bay tiến phía trước + Cánh quạt đi: Cánh quạt quan trọng theo định luật bảo tồn momen xung lượng, cánh quạt quay theo chiều kim đồng hồ phần cịn lại máy bay có xu hướng quay theo chiều ngược lại Ngồi ra, nhờ việc thay đổi cơng suất cánh quạt mà máy bay - chuyển hướng sang phải, sang trái dễ dàng II Sơ lược sản phẩm a Tổng quan Máy bay trực thăng UVH 170 loại máy bay trực thăng hạng công nghiệp với động xăng bốn kỳ, trang bị kim phun máy phát – khởi - động Điều khiển từ xa thông qua kết nối mạng không dây Được thiết kế đặc biệt với khả làm mát động tốt để hoạt động mơi trường khác Ứng dụng Ghi hình theo dõi giám sát Vận chuyển thiết bị, tải trọng Khảo sát địa hình, thời tiết b - c Thông số Thông số Giá trị Tốc độ trung bình Tốc độ tối đa Chiều dài Đường kính cánh Chiều cao Khoảng cách Năng lượng Bình nhiên liệu Tiêu hao nhiên liệu Tầm bay Nguồn điện Loại pin Tải trọng tối đa Tải trọng cất cánh tối đa 60 km/h 120 km/h 3285 mm 2600 mm 851 mm 875 mm kW 10 kg 2.5 l/h 350 km 12 V Li-Fe 15 kg 45 g Hệ thống điều khiển tự động a Giới thiệu Hệ thống điều khiển tự động AP 10.2 (áp dụng cho UAV có trọng lượng III cất cánh từ 15kg – 100kg) AP 10.2 hệ thống thiết kế để kiểm sốt tảng khơng khí cách tự động, bán tự động tay Nó thiết kế cho mơ hình nhỏ có ưu điểm giảm tiêu thụ lượng, thu gọn cấu hình Hệ thống cài đặt cho tảng sau: máy bay tiêu chuẩn để cẩ hạ cánh tự động; cánh quạt để cất hạ cánh tự động; bóng bay khinh khí cầu; USV (thuyền); UGV (ơ tơ) b Đặc điểm kỹ thuật Các tín hiệu giao tiếp thơng qua dây dẫn, cổng RS-232, cổng RS-485, mạch chuyển giao tiếp TTL UART, CAN Các tính AP 10.2: kích thước nhỏ nhẹ; bảo vệ ESD; thành phần, cơng nghệ tiên tiến hàng đầu; tính tốn chết chóc, chuyến bay điều hướng khơng có GPS; cất cánh hạ cánh tự động; điều khiển chế bay/vận hành; chế độ khẩn cấp; kiểm soát tải trọng; chế độ mô mặt đất, mô chuyến bay; kiểm soát giám sát nguồn điện bo mạch; ổn định điện năng; phân phối, bao gồm chế độ cung cấp điện Thông số kỹ thuật hệ thống AP 10.2: 12 cảm biến servo (đầu PWM); 12 đầu vào cảm biến RPM; giao diện dây; giao diện TTL UART; giao diện RS485; mạch vùng điều khiển; giao diện RS-232; công suất đầu chuyển tiếp chủ động (4.7A, 27V, 63mOhm); 12 đầu vào kỹ thuật số; 12 đầu vào-đầu mục đích chung Nhiệt độ hoạt đông -40°C - 60°C Nguồn cấp 7-27V - Đánh giá IP IP67 Vật liệu Hợp kim nhôm Bảo vệ Cổng logic tất chân IO kỹ thuật số Kết nối Harwin m300-3240696M1 Amphenol PTO2E14-19P Amphenol PT02E8-4P Harwin M80-9420605 Bảo vệ ESD Bảo vệ phân cực nguồn điện Cấu hình AP 10.2 cho máy bay trực thăng: 10 - Các mô đun hệ thống AP 10.2 Bộ đo tích hợp mini: đo số không GPS: định vị không máy bay Hệ thống cứu trợ khẩn cấp: tự động cứu trợ máy bay gặp cố không 11 Pitot tube: đo vận tốc máy bay Bộ xử lý trung tâm: nơi thu, phát, xử lý tín hiệu Tính tốn động a Tổng quan động hàng không Các động phản lực ngày phong phú đa dạng, hoạt IV động theo nguyên tắc chung: lượng đốt cháy nhiên liệu động biến đổi để cung cấp động cho dịng khơng khí tạo lực đẩy, lực đẩy theo nguyên lý biến thiên động lượng dịng khơng khí Lực đẩy tạo dịng khí mà động sử dụng (Turbojet), khơng khí có sẵn xung quanh (Turboprop) dự trữ thân tên lửa (Rocket) Động phản lực chia thành hai loại: động phản lực Tua bin khí (Air-breathing) động phản lực khơng Tua bin khí (Non Air-breathing) Động phản lực Tua bin khí như: Turbojet, Turbofan, Ramjet, Turboprop, Turboshaft engine Động phản lực loại khơng Tua bin khí như: Rocket motors, nuclear propulsion systems, electronic propulsion systems Nguyên lý hoạt động động Tua bin Máy nén quay làm khơng khí từ cửa hút máy nén nén lại để tăng áp suất Trong q trình đó, khơng áp suất tăng mà nhiệt độ tăng (ngoài ý muốn) Đây q trình tăng nội khơng khí máy nén Sau khơng khí chảy qua buồng đốt, nhiên liệu 12 (dầu) đưa vào để trộn đốt phần khơng khí, q trình cháy trình gia nhiệt đẳng áp khơng khí bị gia nhiệt tăng nhiệt độ thể tích mà khơng tăng áp suất Thể tích khơng khí tăng lên nhiều có nhiệt độ cao thổi phía Tuốc bin với vận tốc cao Tuốc bin khối sinh công, khơng khí tiến hành giãn nở sinh cơng, nội biến thiên thành Áp suất, nhiệt độ vận tốc khơng khí giảm xuống biến thành lượng học dạng momen tạo chuyển động quay cho trục tuốc bin Tuốc bin quay truyền momen quay máy nén cho động tiếp tục làm việc Phần lượng cịn lại dịng khí nóng chuyển động với vận tốc cao tiếp tục sinh cơng có ích tùy thuộc theo thiết kế dạng động cơ: thẳng tạo phản lực động phản lực máy bay; quay tuốc bin tự (khơng nối với máy nén khí) để sinh cơng hữu dụng loại động tuốc bin khác b Động máy bay trực thăng Đối với máy bay trực thăng, người ta thường sử dụng động Turboshaft Động Turboshaft dạng tua bin khí tối ưu hóa để tạo sức mạnh trục lực đẩy phản lực Về khái niệm, động Turboshaft giống 13 với Turbojets, với việc mở rộng tua bin bổ sung để trích xuất nhiệt từ khí thải chuyển thành công suất trục đầu Sơ đồ thể hoạt động động Turboshaft Một động Turboshaft tạo thành từ hai cụm phận chính: “bộ tạo khí” “bộ phận cơng suất” Máy tạo khí bao gồm máy nén, buồng đốt với đánh lửa vòi phun nhiên liệu nhiều tầng tuabin Phần công suất bao gồm giai đoạn bổ sung tuabin, hệ thống giảm tốc bánh đầu trục Máy tạo khí tạo khí nở nóng để dẫn động phần cơng suất Tùy thuộc vào thiết kế, phụ kiện động đẫn dộng tạo khí phận nguồn Trong hầu hết thiết kế, tạo khí phận nguồn tách việt mặt khí nên chúng quay với tốc độ khác phù hợp với điều kiện, gọi “tuabin công suất tự do” Tuabin cơng suất tự tính thiết kế hữu ích, cho phép thiết kế loại bỏ trọng lượng chi phí hộp số ly hợp nhiều tỷ số phức tạp 14 - Xét máy bay chế độ treo, tính tốn Static thrust Khi đó, T=P (P: trọng - lượng máy bay tải) Sử dụng lý thuyết Momen động lượng để tính tốn cho cánh quạt ống - bao với vận tốc đầu vào khỏi ống bao Coi vận tốc ban đầu vo=0 Tại mặt phẳng cánh quạt, vận tốc dịng khí , vận tốc khí khỏi cánh quạt w, trường hợp lý tưởng: Với vi = ⇒ Vì T=P => P = - Ta có: Sơ bộ, ta có trọng lượng máy bay 30kg với tải payload 30kg → P=60kg Xem làm việc cánh quạt lý tưởng (hiệu suất = 100%) nên coi 15 cơng động tiêu thụ để quay cánh quạt chuyển thành cơng đẩy khơng khí Ta có cơng st lý tưởng động cơ: Nđc=T.vi c => Nđc = 3956(W) Chọn động cho máy bay trực thăng mơ hình Qua tính tốn cơng suất, nhóm chọn động FM 170 B2-FS công ty Fiala PROP làm động máy bay trực thăng - Đặc trưng: + Động trang bị hệ thống phun xằn 95-Octane + Valvoline 2T SynPower 30:1 + Công suất động tối đa: 9.3 HP (6.8 kW) 16 + Công suất động danh nghĩa: 6.1 HP (4.5 kW) + Mức tiêu thụ nhiên liệu: 320 g/kWH + Làm mát không khí cưỡng + Được trang bị máy phát điện khởi động, động xoay chiều 27V pha Công suất mát phát điện 500W lên đến 4800 vòng/phút + Tổng trọng lượng động với ECU: 8.5 kg + Nhiệt độ hoạt động CHT tối đa: 165°C - Biểu đồ mối quan hệ Công suất đến Momen (15°C, áp suất Atm.1013mbar): Vật liệu chế tạo Khung máy bay đáp: sử dụng hợp kim nhôm A6061 V - + Bảng tính chất vật lý hợp kim nhơm A6061 Tính chất vật lý Khối lượng riêng Giá trị 2.72 g/cm3 17 Nhiệt độ nóng chảy Sự dãn nở nhiệt Đàn hồi Hệ số dẫn nhiệt Điện trở 650°C 23.4x10-6/K 70 Gpa 166 W/m.K 0,040 x10-6Ω.m + Bảng tính chất học hợp kim nhơm A6061 Tính chất học Ứng suất phá hủy Độ bền kéo đứt Độ cứng Giá trị 240 Min Mpa 260 Min Mpa 95 HB + Đặc điểm hợp kim nhôm A6061: nhẹ; có độ bền cao, chịu tác động từ mơi trường tốt; khơng bị han gỉ, oxy hóa, khả chống ăn mịn cao; dễ gia cơng dễ hàn + Khối lượng dự kiến: 12kg Vỏ máy bay: sử dụng Carbon Fiber Epoxy + Bảng thông số vật liệu Carbon Fiber Epoxy - Đặc điểm Lượng thể tích sợi Lượng nhựa Giá trị 68 Đơn vị % 32 % Mật độ 1.5 g/cm3 Độ bền kéo 2900 Mpa Modun đàn 140 hồi Gpa Đặc điểm Moduls of Elasticity Interlaminar Shear Strength Volume Content of Fiber Hệ số Poisson Elongation Percentage Giá trị 185000 Đơn vị N/mm 40 Mpa 55 Mpa 0.25 1.7 % 18 ... Động máy bay trực thăng .15 c Chọn động cho máy bay trực thăng mơ hình 18 V Vật liệu chế tạo 20 a I Tổng quan máy bay trực thăng Máy bay trực thăng loại khí cụ bay sử... chất đặc biệt máy bay trực thăng: bay lên hạ cánh theo phương thẳng đứng, bay treo không trung, … cho phép ta thực nhiệm vụ mà khí cụ bay khác khơng thể thực Các phận máy bay trực thăng: + Chong... phản lực động phản lực máy bay; quay tuốc bin tự (không nối với máy nén khí) để sinh cơng hữu dụng loại động tuốc bin khác b Động máy bay trực thăng Đối với máy bay trực thăng, người ta thường