0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
So sánh khối lượng riêng
ρ-TT ρ-Tn
Mô phỏng và thực nghiệm hiện tượng đàn hồi khí động Trang 36
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Trong luận văn này sẽ trình bày phương pháp thực nghiệm đối với mô hình 2D là tấm phẳng và mô hình 3D là ô tô:
- Thực nghiệm hiện tượng flutter trên mô hình tấm phẳng trong ống khí động dưới âm. Sau đó thu thập các kết quả về vận tốc xảy ra hiện tượng flutter, tần số vẫy, và biến thiên lực tác dụng lên gốc cánh. Từ đó phân tích, so sánh, đánh giá kết quả trong các trường hợp khác nhau.
- Thực nghiệm trên mô hình ô tô trong ống khí động dưới âm. Sau đó thu về kết quả áp suất tại các điểm trên mặt phẳng đối xứng, từ đó đưa ra phân bố áp suất.
3.1. Phương pháp thực nghiệm hiện tượng ĐHKĐ với ống khí động
3.1.1. Sơ đồ nguyên lý quy trình thực nghiệm
Với mục đích đưa ra giải tần số phụ thuộc vào vận tốc dòng khí và biểu đồ biến thiên lực tác động trên gốc cánh nên ta có thể sử dụng sơ đồ nguyên lý sau:
Mô phỏng và thực nghiệm hiện tượng đàn hồi khí động Trang 37
Dựa trên yêu cầu của quy trình thực nghiệm là có thiết bị ghi nhận sự biến thiên của lực tác động lên gốc cánh, tần số vẫy của cánh và vận tốc xảy ra hiện tượng flutter, từ đó tiến hành tìm hiểu, lựa chọn ra các thiết bị như sau.
3.1.1.1. Cảm biến lực (loadcell)
Để đo biến thiên lực do tấm phẳng tạo lên khi có dòng chảy không khí đi qua ta sử dụng cảm biến lực (loadcell). Cấu tạo loadcell gồm hai thành phần, thành phần thứ nhất gồm các điện trở cảm biến (strain gauges): R1, R2, R3, R4 (hình 3.2). Các điện trở này kết nối thành 1 cấu điện trở cân bằng như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân loadcell.
Hình 3.2. Điện trở strain gauges
Tại trạng thái cân bằng (không tải), điện áp tín hiệu là số 0 hoặc gần bằng 0 khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị.
Hình 3.3. Loadcell
Khi có tải trọng (lực, moment) tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi
Mô phỏng và thực nghiệm hiện tượng đàn hồi khí động Trang 38
kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra.
Thành phần thứ 2 là một thanh kim loại có tính đàn hồi.
3.1.1.2. Thiết bị chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC)
Biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là thành phần cần thiết trong việc xử lý thông tin và các chức năng điều khiển sử dụng phương pháp số, tín hiệu thực tế thì ở dạng tương tự.
Trong bộ thí nghiệm ta sử dụng thiết bị kết nối và chuyển đổi là Agilent 34970A. Đây là thiết bị của Agilent Technology, có tác dụng thu thập dữ liệu, chuyển đổi các đơn vị đo và xuất các dữ liệu ra máy tính. Agilent là thiết bị đo phổ biến được tích hợp 20 kênh, mỗi kênh có thể được cấu hình để đo lường một trong các đại lượng như: nhiệt độ, điện áp một chiều, điện áp xoay chiều, điện trở, dòng điện trở một chiều, xoay chiều, tần số và thời gian.
3.1.1.3. Phần mềm xử lý kết quả dữ liệu
Phần mềm xử lý kết quả dữ liệu Agilent Data Logger 3 là phần mềm hiển thị kết quả đi cùng thiết bị Agilent 34970A. Các kết quả đo sẽ hiển thị trên phần mềm này. Là một phần mềm cung cấp 1 phương thức thuận tiện để thu thập và phân tích dữ liệu. Nó sử dụng một môi trường bảng tính quen thuộc, tinh giản các nhu cầu về thu thập dữ liệu. Chỉ cần xác định các phép đo muốn để có được, bắt đầu quá trình tính toán và xem xét trực tiếp các dữ liệu được hiển thị trên máy tính. Có thể sử dụng một trong các tùy chọn để phân tích và hiển thị dữ liệu qua các loại: dải biểu đồ, thống kê phân tích.
3.1.1.4. Ống khí động
Ống khí động AF 6116 đã được trang bị cho quá trình học tập, nghiên cứu của giảng viên, sinh viên Viện cơ khí động lực, bởi sự hợp tác giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Đại học ENSMA (Pháp). Dưới đây là hình ảnh tổng quan và những đặc tính chính của ống khí động AF 6116:
Mô phỏng và thực nghiệm hiện tượng đàn hồi khí động Trang 39 Hình 3.4. Ống khí động AF 6116 (Đặt ở nhà T – ĐHBK HN) Những đặc tính chính của ống là: Dạng ống: Ống hở. Kích thước tổng: 7110 x 1600 x 2250 mm. Tốc độ dòng khí trong ống: 0 – 38 m/s (137 km/h).
Thay đổi vận tốc dòng liên tục từ 0 38 m/s bằng cách thay đổi vận tốc quay của quạt thông qua bộ biến tần thể hiện bằng bảng điều khiển.
Số Mach 0,1. Đặc tính buồng thử:
Dạng kín.
Diện tích mặt cắt: 400 x 500 mm.
Chiều dài: 1000 mm.
Buồng thử được làm hoàn toàn trong suốt, có thể đặt vào đó các mẫu thử nhỏ, bên cạnh đó còn có các lỗ đo áp suất trước và sau buồng thử, bộ hiển thị áp suất, ống Pito…
Ống khí động được gắn trên một khung đỡ có thể di chuyển và có khóa để cố định ở trong phòng thí nghiệm.
Mô phỏng và thực nghiệm hiện tượng đàn hồi khí động Trang 40
3.1.1.5. Hộp điều khiển điện
Bao gồm: Công tắc tổng.
Bảng đối chiếu tần số- vận tốc của quạt Công tắc
Núm thay đổi tần số điện để thay đổi tốc độ quay của quạt, nhằm có được sự thay đổi liên tục vận tốc dòng khí khi qua buồng thử.
Màn hình hiển thị kỹ thuật số
Hình 3.5. Hộp điều khiển điện
3.1.1.6. Máy đo tốc độ vòng quay cánh quạt (đo tần số)
Máy đo tần số vẫy thực chất là máy đo tốc độ vòng quay của cánh quạt với các thông số hoạt động như sau:
- Model: DT-2234C+
- Đo vòng quay và tốc độ bề mặt.
- Thiết kế có bộ nhớ trong, tự động lưu giá trị min, max và giá trị vừa đo. - Màn hình LCD hiển thị số.
Mô phỏng và thực nghiệm hiện tượng đàn hồi khí động Trang 41
- Thiết bị đo thân thiện dễ sử dụng.
- Phạm vi: 2,5 đến 99.999 RPM
- Độ phân giải: 0.1 RPM (từ 2,5 đến 999,9 RPM)1 RPM (hơn 1.000 RPM) - Độ chính xác: + / - (0,05% +1 digit)
- Khoảng cách đo: 50 đến 500mm / 2 đến 20 inch - Kích thước: 130x70x29mm
3.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm trên mô hình tấm phẳng
3.2.1. Mô hình tấm phẳng
Phương pháp tiến hành thí nghiệm là sử dụng hệ thống thí nghiệm tiến hành đo đạc các thông số như sau: vận tốc dòng khí, tần số vẫy, biến thiên lực tại gốc cánh của tấm phẳng với kích thước như sau:
Sải : 260mm Rộng: 70mm Dày: 1mm
Các bước thí nghiệm đo tần số vẫy và biến thiên lực nâng theo vận tốc dòng khí: Lắp đặt tấm phẳng và loadcell vào vị trí giá đỡ.
Hiệu chỉnh thiết bị thực nghiệm và mô hình. Chạy phần mềm trên máy tính thu thập kết quả. Bật máy đo tần số đồng thời để thu kết quả về tần số.
Điều chỉnh tần số quạt của ống khí động ở các tần số khác nhau và tiến hành đó các thông số còn lại.
Thu kết quả và xuất kết quả dưới dạng file excel và đồ thị. Đánh giá và so sánh kết quả từ hai máy đo trên
Mô phỏng và thực nghiệm hiện tượng đàn hồi khí động Trang 42
Hình 3.8 Mô hình tấm phẳng
3.2.2. Kết quả đo tần số vẫy và lực tác động gốc của tấm phẳng
3.2.2.1. Kết quả đo tần số vẫy của tấm phẳng bằng máy đo tần số
Để đo được tần số vẫy của cánh ta dùng máy đo tốc độ vòng quay cánh quạt động cơ nên đơn vị trên máy là rpm (vòng/phút) phải chuyển về đơn vị đo tần số. Dựa trên nguyên lý phản hồi tia laser chúng ta thấy rằng sau một chu kì vẫy của cánh thì sẽ có 2 lần tia laser được phản hồi về máy vì vậy ta có công thức tính tần số như sau:
n’ = N/ (60*2) (Hz) trong đó n: là tần số vẫy
N: là chỉ số tốc độ vòng quay trên máy ( vòng/phút)
stt Vận tốc (m/s) Số lần đo Số ghi trên máy (rpm) Tần số (Hz Tần số trung bình (Hz)