1. Thiết kế bánh lái và bề mặt điều khiển WIG
1.1. Bánh lái liệng sử dụng cánh phụ
1.2. Bánh lái độ cao (elevator) ... 76 1.2.1. Thiết kế đuôi ngang ... 76 1.2.2. Thiết kế bánh lái độ cao (elevator) ... 78 1.3. Bánh lái hướng (rudder) ... 79 1.3.1. Thiết kế đuôi đứng ... 80 1.3.2. Thiết kế bánh lái hướng ... 81 1.3.3. Layout hiệu chỉnh ... 82 2. Thiết kế hệ thống điều khiển cho WIG ... 84
2.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển trên WIG ... 84 2.2. Thiết kế cơ cấu điều khiển ... 85 2.2. Thiết kế cơ cấu điều khiển ... 85 3. Đánh giá ổn định của WIG ... 87
3.1. Ổn định tĩnh dọc ... 87 3.2. Điểm giới hạn sau ... 91 3.2. Điểm giới hạn sau ... 91 3.3. Ổn định động ... 92
Chương V: Ổn định và điều khiển THIẾT KẾ WIG 4 CHỖ NGỒI
Sinh viên: Phan Quốc Thiện – MS: 40802089 Trang 73
Chương V: ỔN ĐỊNH VÀ ĐIỀU KHIỂN
Để một máy bay hoạt động được tốt trong khi bay thì một máy bay phải thỏa hai điều kiện là ổn định và điều khiển được. Ổn định là khả năng máy bay có thể duy trì trạng thái hoạt động khi chịu tác động nhiễu không mong muốn từ bên ngoài. Điều khiển là khả năng thay đổi trạng thái hoạt động của máy bay theo mong muốn của phi công điều khiển.
Trong chương này chúng ta sẽ tính toán các bề mặt điều khiển, cơ cấu của hệ thống điều khiển cho WIG và tính ổn định cho hệ thống.
1. Thiết kế bánh lái và bề mặt điều khiển WIG
Hình V.1. Hệ thống điều khiển của máy bay
Đối với một máy bay thông thường thì hệ thông điều khiển của nó bao gồm bánh lái liệng(airleron), bánh lái độ cao(elevator), bánh lái hướng(rudder) và cánh tà(flap) sử dụng trong lúc cất hạ cánh. Tuy nhiên đối với WIG do ảnh hưởng của hiệu ứng mặt thoáng nếu ta sử dụng bánh lái liệng và cánh tà ngay trên cánh chính thì đặc tính khí động của cánh bị thay đổi rất nhiều. Theo phân tích hiệu ứng mặt thoáng trong chương trước, khi mà hiệu ứng mặt thoáng thay đổi do thay đổi độ cao bay thì tâm khí động bị dịch nhiều. Do đó sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định của WIG. Để khắc phục hiện tượng này phương án đặt ra cho điều khiển liệng của WIG là sử dụng cánh phụ.
Các bề mặt điều khiển bánh lái độ cao và bánh lái hướng thì không khác biệt so với máy bay thông thường. Bánh lái độ cao sẽ được gắn với đuôi ngang và bánh lái hướng sẽ kết hợp với đuôi đứng.
Chương V: Ổn định và điều khiển THIẾT KẾ WIG 4 CHỖ NGỒI
Sinh viên: Phan Quốc Thiện – MS: 40802089 Trang 74
Hình V.2. Airleron
So vơi việc sử dụng bánh lái liệng (airleron) để điều khiển việc liệng của máy bay thì việc sử dụng cánh phụ để điều khiển liệng cho WIG cũng hoạt động trên nguyên tắc tương tự. Khi mà cánh phụ nghiêng thì hai bên phải ngược chiều nhau. Lúc này WIG sẽ liệng về phía tương ứng với cánh phụ bị bẻ lên trên.
Về vị trí thì cánh phụ được đặt ở phía ngoài rìa của cánh chính và được đặt nghiêng một góc so với mặt phẳng nằm ngang tương ứng với góc liệng tối đa thiết kế của WIG. Với thiết kế này thì góc liệng vào khoảng 30o nên ta chọn góc nghiêng cho cánh phụ tương ứng là 30o. Kích thước của cánh phụ sẽ được xác định qua tốc độ quay theo trục dọc thân (roll) thiết kế tương ứng với vận tốc bay bằng của WIG.
Lựa chọn biên dạng cho cánh phụ là cánh NACA 4412 giống như cánh chính để dễ chế tạo và nghiên cứu đặc tính khí động.
Hình V.3. Đồ thị lực nâng lực cản cho cánh NACA 4412
Các đặc tính của cánh:
Chương V: Ổn định và điều khiển THIẾT KẾ WIG 4 CHỖ NGỒI
Sinh viên: Phan Quốc Thiện – MS: 40802089 Trang 75
- Hệ số lực cản = 0.01
Hinh V.1. Cánh phụ của WIG
Phân tích chuyển động xoay quanh trục x Với p : vận tốc quay quanh trục x
. ∶ gia tốc góc L : lực nâng
: góc lệch của cánh phụ V: vận tốc bay bằng
∶ moment quán tính quanh trục x Ta có:
2 = − .
Đối với cánh có hệ số vuốt (taper ratio) bằng 1, ta có: = cos 30 ( − )
Chương V: Ổn định và điều khiển THIẾT KẾ WIG 4 CHỖ NGỒI
Sinh viên: Phan Quốc Thiện – MS: 40802089 Trang 76
= − +
6 = −1.03
Đối với WIG thì giá trị đặc trưng nằm trong khoảng 0.1 đến 0.2 tương ứng với vận tốc rolling khi bay bằng ở vận tốc bay 25m/s là:
35.8 ⁄ < < 53.7 ⁄
Chọn các thông số thiết kế / = 0.5, chọn giá trị = /2. Vậy ta có các giá trị sau:
= 1.5 = 5
Chọn giá trị góc lệch tối đa = 20 = 0.35 . Khi bay thì = 0.75, = 15 = 0.26 Ta có: 0.1 < 2 = − . < 0.15 0.40 < < 0.59 Suy ra: 6.3 < < 6.8 Chọn = 6.5 ta tính được các giá trị = 0.46 và = − . = 0.12 Diện tích mỗi airleron:
= 1.5 × 1.5 = 2.25