Tính toán mô phỏng số và thực nghiệm về hiệu ứng mặt đất lên lực đẩy chong chóng mang 15 inch có vành bảo vệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ TÍNH TỐN MƠ PHỎNG SỐ VÀ THỰC NGHIỆM VỀ HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT LÊN LỰC ĐẨY CHONG CHÓNG MANG 15 INCH CÓ VÀNH BẢO VỆ VŨ THÁI DUY Ngành Kỹ thuật hàng không Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Thị Tuyết Nhung Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Kỹ thuật Hàng khơng Vũ trụ Cơ khí động lực HÀ NỘI, 9/2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Vũ Thái Duy Đề tài luận văn: Tính tốn mơ số thực nghiệm hiệu ứng mặt đất lên lực đẩy chong chóng mang 15 inch có vành bảo vệ Chuyên ngành: Kỹ thuật hàng không Mã số SV: 20202760M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… .………… với nội dung sau: - Sửa lại bố cục luân văn với Chương làm mô chương tập trung làm thực nghiệm Đổi đơn vị đo lực (N) Sửa lỗi hành văn nói sang văn viết (tại sao, hình như, gần như, tương đối,…) Bổ sung thêm danh mục từ viết tắt Đồng hóa đơn vị đo Ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS Lê Thị Tuyết Nhung Vũ Thái Duy CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS TS Vũ Đình Quý Mẫu 1c PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Thông tin học viên Họ tên tác giả: Vũ Thái Duy Khóa: CLC2020B Hệ đào tạo: Thạc sĩ khoa học Luận văn thực tại: Bộ môn Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Mục đích nội dung luận văn: 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 luận văn - Tổng quan máy bay nhiều chong chóng mang - Cơ sở lí thuyết nghiên cứu cánh quạt có vành bảo vệ - Thiết kế, mô số, thực nghiệm cánh quạt có vành bảo vệ - Kết luận đề xuất cải tiến Lời cam đoan học viên: Tôi – Vũ Thái Duy cam kết luận văn kết nghiên cứu thân hướng dẫn TS Lê Thị Tuyết Nhung Các kết nêu luận văn trung thực, khơng phải chép tồn văn cơng trình khác Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành luận văn cho phép bảo vệ: ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn TS Lê Thị Tuyết Nhung Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn 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 luận văn Do kiến thức cịn hạn hẹp, nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đóng góp từ thầy bạn Tóm tắt nội dung luận văn Ngày nay, khả điều khiển thiết bị bay mà khơng 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 trò quan trọng Trong quân sự, UAV dùng để giám sát an ninh, theo dõi, tình báo, công 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, cịn chưa xét đến trường hợp khơng thể tránh khỏi máy bay nhiều chong chóng mang 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 xem xét ảnh hưởng gió ngang lên cánh quạt quay có vành Học viên thực Vũ Thái Duy MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Mục đích sử dụng vành bảo vệ cho chong chóng mang Hiệu ứng mặt đất gió ngang 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, gió ngang Ảnh hưởng vành đến lực nâng chong chóng mang Lực nâng chong chóng mang ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất đến lực nâng Ảnh hưởng gió ngang đến lực nâng chong chóng mang 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC 2.1 Cơ sở lý thuyết Giới thiệu UAVs máy bay nhiều chong chóng mang Tiềm giúp tăng hiệu suất vành bảo vệ 11 Lý thuyết động lượng 12 Hiệu ứng mặt đất cánh quạt quay 16 2.2 Các nghiên cứu trước 17 Nghiên cứu thực nghiệm mô vành bảo vệ 17 Thực nghiệm hiệu ứng mặt đất cánh không vành 19 Nghiên cứu cánh có vành có hiệu ứng mặt đất 20 Nghiên cứu gió ngang tác động lên cánh không vành 23 CHƯƠNG MƠ PHỎNG SỐ LỰC NÂNG CỦA CÁNH QUẠT QUAY CĨ VÀNH 24 3.1 Phương pháp mô số lực nâng cánh quạt có vành 24 Lý thuyết học chất lưu 24 Mơ hình rối SST k-ω 27 Định lý lớp biên 27 Mô sử dụng ANSYS FLUENT 28 Xây dựng mơ hình hình học 28 Chia lưới 31 Thiết lập điều kiện biên tiêu chuẩn hội tụ: 32 Tính tốn xuất kết 33 3.2 Kết mô số khơng có hiệu ứng mặt đất 36 Khơng có vành bảo vệ 36 Có vành bảo vệ 37 3.3 Kết mơ số có hiệu ứng mặt đất 39 Khơng có vành bảo vệ 39 Có vành bảo vệ 41 3.4 Kết mô số có gió ngang 44 Khơng có vành bảo vệ 44 Có vành bảo vệ 45 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM LỰC NÂNG CỦA CÁNH QUẠT QUAY CÓ VÀNH 46 4.1 Phương pháp thực nghiệm lực nâng cánh quạt có vành 46 cứu [17] Thí nghiệm đo lực nâng tác giả Đàm Vương Sơn nghiên 46 Thiết kế, chế tạo gia công vành 46 Phương án kết nối vành cánh quạt 48 Chuẩn bị thí nghiệm 49 Mô hình đo 50 Giới thiệu phần mềm đo RCBenchmark GUI 51 Các trường hợp thí nghiệm 53 4.2 Kết thực nghiệm khơng có hiệu ứng mặt đất 55 Khơng có vành bảo vệ 55 Có vành bảo vệ 56 4.3 Kết thực nghiệm có hiệu ứng mặt đất 57 Khơng có vành bảo vệ 57 Có vành bảo vệ 59 KẾT LUẬN 63 Mục tiêu đạt 63 Hướng phát triển luận văn tương lai 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT HƯMĐ:……………………………… Hiệu ứng mặt đất UAV:………………………………… Unmanned Aerial Vehicle RPM:………………………………… Revolution(s) Per Minute CFD:………………………………… Computational Fluid Dynamics OR:………………………………… Open Rotor SR:………………………………… Shrouded Rotor OGE:………………………………… Out of Ground Effect IGE:………………………………… In Ground Effect DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ca sĩ Enrique Iglesias bị thương máy bay khơng người lái Hình 1.2 Drone bị gãy cánh Hình 1.3 Máy bay bị vướng vào Hình 1.4 Quadrotors 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 Hình 1.7 Các thơng số cho vành nghiên cứu [4] Hình 1.8 Mơ hình vành sử dụng nghiên cứu [4] để mô Hình 1.9 Thiết kế vành sử dụng nghiên cứu [5] dùng cho thực nghiệm Hình 2.1 Máy bay nhiều chong chóng mang Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động máy bay nhiều chong chóng mang Hình 2.3 Cứu hộ Hình 2.4 Mapping Hình 2.5 Quay phim 10 Hình 2.6 Nơng 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 lực nâng công suất nghiên cứu [9] [5] 19 Hình 2.17 Lắp đặt thực nghiệm nghiên cứu [10] 19 Hình 2.18 Kết so sánh thực nghiệm tính tóan lý thuyết 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 2.24 Lực nâng cánh quạt quay có gió ngang tác động nghiên cứu [13] 23 Hình 3.1 Giá trị vận tốc tức thời trung bình 25 Hình 3.2 Mơ hình k-ω SST 27 Hình 3.3 Định lý lớp biên 27 Hình 3.4 Mơ hình cánh APC 15x4 28 Hình 3.5 Kích thước miền dịng chảy 28 Hình 3.6 Kích thước miền quay 29 Hình 3.7 Thơng số hình học vành 29 Hình 3.8 Hình dạng vành thiết kế theo nghiên cứu [4] 29 Hình 3.9 Hình dạng vành thiết kế dùng cho thực nghiệm 30 Hình 3.10 Miền quay đặt cánh vành 30 Hình 3.11 Độ cao H so với mặt đất 30 Hình 3.12 Miền dịng chảy có gió ngang 31 Hình 3.13 Lưới miền quay 32 Hình 3.14 Lưới miền lớn 32 Hình 3.15 Dùng lưới Polyhedral Fluent 32 Hình 3.16 Giá trị y+ cánh vành mẫu trịn 33 Hình 3.17 Giá trị y+ cánh vành mẫu cải tiến 33 Hình 3.18 Phân bố áp suất mẫu vành tròn 34 Hình 3.19 Phân bố áp suất mẫu vành cải tiến 34 Hình 3.20 Đường dịng qua cánh không vành 34 Hình 3.21 Đường dịng qua cánh có vành 34 Hình 3.22 Đường dịng khơng có hiệu ừng mặt đất 35 Hình 3.23 Đường dịng có hiệu ứng mặt đất 35 Hình 3.24 Xốy gần mặt đất độ cao H = R 35 Hình 3.25 Đường dịng có gió ngang 36 Hình 3.26 Đồ thị lực nâng mô cánh quạt quay không vành khơng có hiệu ứng mặt đất 36 Hình 3.27 Đồ thị kết mơ lực nâng cánh APC 15x4 lắp vành bảo vệ mẫu trịn khơng vành khơng có hiệu ứng mặt đất 37 Hình 3.28 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 38 Hình 3.29 Tỉ số lực nâng mơ có hiệu ứng mặt đất khơng có hiệu ứng mặt đất cánh APC 15x4 không vành 40 Hình 3.30 Tỉ số lực nâng mơ có hiệu ứng mặt đất lực nâng khơng có hiệu ứng mặt đất cánh APC 15x4 lắp vành tròn 41 Mơ hình đo Hình 4.9 Sơ đồ đo thực nghiệm lực nâng cánh quạt Sơ đồ thí nghiệm: Sơ đồ thí nghiệm dựa nghiên cứu [17], lắp đặt thêm vành cho cánh quạt tiến hành đo lực nâng Mạch đo sử dụng mạch đo RCBenchmark GUI Mạch đo nhận thông tin lực nâng cánh quạt thông qua cảm biến tải trọng “loadcell” cảm biến vận tốc Mạch đo xử lý trả lại thông tin máy tính qua định dạnh tệp Excel Điều khiển tốc độ vòng quay điều khiển phần mềm thông qua mạch đo qua ESC  Hình ảnh thí nghiệm đơn cánh sau lắp đặt: Hình 4.10 Lắp đặt thí nghiệm đo lực nâng cánh quạt 50 Giới thiệu phần mềm đo RCBenchmark GUI Phần mềm đo RCBenchmark phần mềm cung cấp nhà sản xuất mạch đo RCBenchmark – thiết kế, sản xuất thiết bị đo lực nâng, vận tốc, momen xoắn động cánh quạt Giao diện phần mềm: Hình 4.11 Giao diện phần mềm RCBenchmark Cột đen bên trái thị tab tùy chọn phần mềm Các thơng số hiệu điện thế, cường độ dịng điện, cơng suất động cơ, lực nâng, tốc độ vịng quay động Ở tab setup ta có thẻ điểu chỉnh đơn vị đo lực nâng vận tốc Chọn số cực động (tùy thuộc vào động có số cực khác nhau) Hình 4.12 Giao diện cài đặt phần mềm Ở tab Safety Cutoff ta chỉnh giới hạn đo thiết bị cho phù hợp với loại pin, loại động cơ, loại ESC, loại loadcell 51 Hình 4.13 Điều chỉnh giới hạn đo Ở tab Manual Control ta điều chỉnh ga để bắt đầu chạy động Kết lực nâng vận tốc, dòng điện… hiển thị tức thời cột bên trái Ngoài vận tốc, lực nâng, cơng suất cịn biểu diễn dạng đồ thị bên Hình 4.14 Điều chỉnh ga lấy số liệu Phần Record to CVS File: giúp ta lưu lại kết đo dạng file excel Hình 4.15 Kết lực nâng lưu lại dạng file Excel 52 Các trường hợp thí nghiệm Các trường hợp tiến hành đo thực nghiệm dựa:  Trường hợp 1: Khi khơng có hiệu ứng mặt đất, có vành khơng vành  Trường hợp 2: Khi có hiệu ứng mặt đất: o Cánh quạt không vành: giảm dần chiều cao từ 4R o Cánh quạt có vành: giảm dần chiều cao từ 4R Khơng có hiệu ứng mặt đất (H=4.5R)  Khơng vành: Hình 4.16 Cánh quạt khơng vành không bị ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất  Có vành: Hình 4.17 Cánh quạt có vành không bị ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất 53 Có hiệu ứng mặt đất  H = 0.5R Hình 4.18 Cánh quạt khơng vành độ cao H=0.5R Hình 4.19 Cánh quạt có vành độ cao H=0.5R  H = 0.75R  H=R Hình 4.20 Cánh quạt khơng vành độ cao H=R Hình 4.21 Cánh quạt có vành độ cao H=R  H = 1.5R Hình 4.22 Cánh quạt khơng vành độ cao H=1.5R Hình 4.23 Cánh quạt có vành độ cao H=1.5R 54  H = 2R Hình 4.24 Cánh quạt có vành độ cao H=2R Hình 4.25 Cánh quạt khơng vành độ cao H=2R  H = 3R Hình 4.26 Cánh quạt có vành độ cao H=3R Hình 4.27 Cánh quạt không vành độ cao H=3R 4.2 Kết thực nghiệm khơng có hiệu ứng mặt đất Khơng có vành bảo vệ Khơng có vành bảo vệ, không hiệu ứng mặt đất Bảng 4.2 Kết mô thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 khơng vành khơng có hiệu ứng mặt đất Tốc độ quay (vòng/phút) 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Lực nâng thực nghiệm (N) Lực nâng mô (N) Sai số (%) 1.81 2.76 3.78 5.20 6.83 8.92 1.94 2.96 4.02 5.43 7.03 9.21 7.60 7.13 6.39 4.45 2.95 3.30 55 Lực nâng (N) 10 2500 Thực nghiệm Mô 3000 3500 4000 Tốc độ quay (rpm) 4500 5000 Hình 4.28 Đồ thị lực nâng mô thực nghiệm cánh quạt quay khơng vành khơng có hiệu ứng mặt đất Nhận xét: Mô thực nghiệm sai số không đến 8%, sai số lớn 7.6% tốc độ 2500 rpm Hình 4.29 Thơng số lực nâng cánh quạt APC 15x4 nhà sản xuất Sai số với thực nghiệm tốc độ 4500 RPM 3.3% Có vành bảo vệ Kết thực nghiệm lực nâng với mẫu vành cải tiến Bảng 4.3 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 4000 4500 5000 Lực nâng thực nghiệm (N) Khơng vành Có vành 1.81 1.98 2.76 3.02 3.78 4.14 5.20 5.64 6.83 7.32 8.92 9.49 Chênh lệch (%) 9.58 9.48 9.67 8.44 7.11 6.44 56 Bảng 4.4 Sai số lực nâng cánh quạt quay có vành không HƯMĐ theo mô thực nghiệm Tốc độ quay (vòng/phút) 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Lực nâng (N) Mô Thực nghiệm 2.17 1.98 3.25 3.02 4.36 4.14 5.86 5.64 7.55 7.32 9.69 9.49 Sai số (%) 9.42 7.51 5.12 4.04 3.13 2.03 Lực nâng Rotor không vành có vành (Thực nghiệm) Lực nâng (N) 10 Khơng vành Có vành 2500 3000 3500 4000 Tốc độ quay (rpm) 4500 5000 Hình 4.30 So sánh lực nâng cánh quạt quay không vành có vành khơng bị ảnh hưởng bới HƯMĐ theo thực nghiệm 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 mơ sai lệch khơng q 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 4.3 Kết thực nghiệm có hiệu ứng mặt đất Các nghiên cứu phần có hiệu ứng mặt đất thực nghiệm tốc độ 4500 rpm Không có vành bảo vệ Lực nâng khơng có hiệu ứng mặt đất thực phần 4.2 TOGE = 6.78 N thực nghiệm 57 Kết lực nâng cánh APC 15x4 khơng vành có hiệu ứng mặt đất: Bảng 4.5 Kết mô thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 không vành H (mm) Lực nâng 𝑇𝐼𝐺𝐸 (N) Thực nghiệm Mô H = 0.75R 142.875 8.65 8.07 H=R 190.50 7.60 7.80 H = 1.5R 285.75 7.20 7.50 H = 2R 381.00 6.97 7.22 H = 2.5R 476.25 6.88 7.14 H = 3R 571.50 6.85 7.10 H = 3.5R 666.75 6.83 7.07 H = 4R 762.00 6.82 7.06  H: Khoảng cách từ mặt đất đến cánh quạt  𝑇𝐼𝐺𝐸 : Lực nâng có hiệu ứng mặt đất  𝑇𝑂𝐺𝐸 : Lực nâng không hiệu ứng mặt đất Sai số (%) 2.59 4.17 3.56 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 4.6 Tỉ số lực nâng có hiệu ứng mặt đất khơng có hiệu ứng mặt đất TIGE/TOGE Thực nghiệm Mô H = 0.75R 142.875 1.121 1.109 H=R 190.50 1.063 1.066 H = 1.5R 285.75 1.028 1.025 H = 2R 381.00 1.025 1.023 H = 2.5R 476.25 1.020 1.016 H = 3R 571.50 1.014 1.013 H = 3.5R 666.75 1.011 1.010 H = 4R 762.00 1.006 1.005 H (mm) 58 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 4.31 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 Từ giá trị H = 4R trở lực nâng không đổi, tăng không 0.4%  Kết mô thực nghiệm tỉ số lực nâng có xu hướng với hai cơng thức Hayden [7] Cheeseman-Bennet [6] H = 0.75R tỉ số lực nâng thấp khoảng 7.56%, sai số giảm dần tăng độ cao tỉ số lực nâng tiến đến Có vành bảo vệ Kết 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 = 7.32 N thực nghiệm 59 Bảng 4.7 Kết thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 lắp vành cải tiến có hiệu ứng mặt đất Lực nâng (N) H (mm) Thực nghiệm (TIGE) 142.875 7.09 190.50 6.86 285.75 6.67 381.00 6.87 476.25 6.99 571.50 7.01 666.75 7.07 762.00 7.26 H = 0.75R H=R H = 1.5R H = 2R H = 2.5R H = 3R H = 3.5R H = 4R Sai số (%) 4.51 3.79 3.25 4.05 5.56 5.86 5.68 3.38 Mô 7.41 7.11 6.89 7.15 7.38 7.42 7.47 7.51 𝑇𝐼𝐺𝐸 /𝑇𝑂𝐺𝐸 thực nghiệm 0.969 0.937 0.912 0.939 0.956 0.958 0.966 0.993 Bảng 4.8 So sánh độ chênh lệch lực nâng thực nghiệm cánh khơng vành có vành cải tiến theo độ cao Lực nâng thực nghiệm (N) Không vành Có vành Sai số (%) 7.60 7.09 -6.74 7.21 6.86 -4.92 6.97 6.67 -4.25 6.95 6.87 -1.24 6.92 6.99 1.06 6.88 7.01 1.92 6.86 7.07 3.05 6.82 7.26 6.48 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 Thực nghiệm Lực nâng (N) 10 Khơng vành Có vành 0.5 1.5 H/R 2.5 3.5 Hình 4.32 Xu hướng lực nâng cánh quạt quay khơng vành có vành chịu ảnh hưởng HƯMĐ theo thực nghiệm 60 So sánh độ chênh lệch lực nâng mô cánh APC 15x4 khơng vành có vành cải tiến theo độ cao: Nhận xét: Xu hướng lực nâng giống với mô Lực nâng cánh quạt quay có vành bắt đầu nhỏ cánh quạt quay khơng 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 có vành 1.60 Mô Thực nghiệm 1.50 Ti/To Cánh 13-inch cánh 1.40 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 4.33 Đồ thị tỉ số lực nâng Ti/To với Cánh quạt có vành chịu ảnh hưởng HƯMĐ Hình 4.34 Đồ thị lực nâng cánh quạt 13 inch cánh có vành bảo vệ chịu ảnh hưởng HƯMĐ Cánh 16-inch cánh Hình 4.35 Kết lực nâng cánh quạt có vành chịu ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất theo nghiên cứu [11]  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 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 61  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 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 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 62 KẾT LUẬN Mục tiêu đạt Luận văn thực mô phỏng, thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 khơng vành có vành tốc độ quay khác nhau, mô phỏng, thực nghiệm lực nâng cánh APC 15x4 khơng vành có vành tốc độ quay 4500 rpm độ cao khác nhau, mô lực nâng cánh APC 15x4 khơng vành có vành tốc độ quay 4500 rpm vận tốc gió ngang khác Từ xác định được mẫu vành thực nghiệm giúp tăng lực nâng chưa xét đến khối lượng vành Kết rút từ luận văn 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 Tại vận tốc gió ngang thấp, lực nâng cánh quạt thay đổi khơng đáng kể, vận tốc gió ngang cao, lực nâng cánh quạt tăng phải xem xét đến tính ổn định có gió Hướng phát triển luận văn 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 Ở trường hợp gió ngang cần làm thêm kết thực nghiệm để so sánh Trong thực tế, máy bay nhiều chong chóng mang phải hoạt động mơi trường có cản trở trần hay tường bên cạnh Vì hướng phát triển luận văn khảo sát kiểm nghiệm lực nâng cánh quạt quay khơng vành có vành có hiệu ứng trần hiệu ứng gần tường 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 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [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] C Zhang, S Xie and T Qin, "Aerodynamic Analysis of Small Propeller," 2015 [14] H A Kutty and P Rajendran, "3D CFD Simulation and Experimental Validation of Small APC Slow Flyer Propeller Blade," 2017 [15] K.-i Abe and Y Ohya, "An investigation of flow fields around flanged diffusers using CFD," 2004 [16] Y Lei, Y Ye and Z Chen, "Horizontal Wind Effect on the Aerodynamic Performance of Coaxial Tri-Rotor MAV," 2020 [17] 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 ... số khơng có hiệu ứng mặt đất 36 Khơng có vành bảo vệ 36 Có vành bảo vệ 37 3.3 Kết mô số có hiệu ứng mặt đất 39 Khơng có vành bảo vệ 39 Có vành bảo vệ ... chong chóng mang có vành bảo vệ 1.2 Các nghiên cứu lực nâng chong chóng mang có vành, khơng vành chong chóng mang chịu ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất, gió ngang Ảnh hưởng vành đến lực nâng chong chóng. .. hiệu ứng mặt đất có ảnh hưởng đến lực nâng cánh quạt vành Lực nâng chong chóng mang ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất đến lực nâng Về thực nghiệm lực nâng chong chóng mang cánh APC 15x4 khơng vành thực