D được biến đổi sang hệ tọa độ tổng thể bằng phép biến đổi: T
21 ; là hệ số phụ thuộc tỉ lệ của mặt cắt ngang Kh
5.2.1. Áp lực khí động phân bố trên cánh
Đứng trên góc độ của người nghiên cứu cơ học vật rắn xét bài toán biến dạng đàn hồi của một kết cấu cánh, việc hình dung và xác định được áp lực khí động dạng phân bố trên cánh là vấn đề khơng quen thuộc. Vì vậy, từ góc độ nghiên cứu khí động lực học, cần làm hiển thị rõ trạng thái chịu lực khí động này.
Việc giải bài tốn khí động ở chương 2 và chương 3 cho phép xác định áp lực phân bố 3D trên cánh. Nếu bỏ qua trọng lượng của cánh, một kết cấu cánh ngàm tại gốc cánh và chịu áp lực phân bố 3D trên cánh như ở hình 5.7. Trên hình 5.7 trình bày hình dạng khí
79
động (hình dạng bao ngồi) của nửa cánh với mặt đối xứng tại gốc tọa độ, trùng với vị trí ngàm cánh sẽ xét trong bài tốn kết cấu cánh. Trên phương sải cánh, xác định 8 mặt vng góc với sải cánh, mà trên đó hiển thị đồ thị phân bố hệ số áp suất phía lưng cánh và phía bụng cánh. Hệ số áp suất là một khái niệm áp suất không thứ nguyên
2P P
C ( pp ) / 0,5 V khi so sánh với áp suất dịng ở vơ cùng (xem lý thuyết ở chương 2). Các đường cong phân bố hệ số áp suất trên chu tuyến (vịng kín) của profil cánh cho thấy phần bụng cánh có hệ số áp suất dương, cịn lưng cánh hệ số áp suất có giá trị âm (giá trị âm xuất hiện khi áp suất cục bộ p nhỏ hơn áp suất ở vơ cùng p). Chính độ chênh áp suất phía bụng và phía lưng cánh tạo ra lực nâng khí động đẩy cánh lên phía trên (như trong hình 5.7). Tại một điểm bất kì trên, cánh áp lực khí động Fi jtác dụng lên cánh là:
i j i j i j
F p S (5.11)
trong đó, pi j là áp suất trên phân tố và Si j là diện tích phân tố.
với „i‟ là chỉ số chạy theo phương chu tuyến profil, phụ thuộc vào lưới rời rạc trên chu tuyến profil. Chỉ số „j‟ là chỉ số chạy theo phương sải cánh, phụ thuộc vào lưới rời rạc theo phương sải cánh.
Kết quả phân bố 3D áp lực khí động trên cánh trình bày trên hình 5.7 ứng với các thơng số hình học bao ngồi cánh: cánh chữ nhật sải tương đối 2b/c=6, profil Naca 0012, góc tới 5 độ. Thơng thường lưới khí động và lưới kết cấu khác nhau, cần thực hiện phép nội suy phân bố áp lực từ lưới khí động về lưới kết cấu.
Áp lực khí động là một thơng số đầu ra (là nghiệm) của bài tốn khí động. Các thơng số đầu vào của bài tốn khí động được trình bày trong bảng 5.1.
Bảng 5.1. Thơng số đầu vào đối với bài tốn khí động cánh
TT Thơng số Dạng, kí hiệu Đơn vị
1 Dây cung profil gốc cr m
2 Dây cung profil mút cm m
3 Chiều dài sải b m
4 Profil cánh Naca, Joukowki, parabol
Hình 5.7. Độ chênh hệ số áp suất
hai phía bụng và lưng cánh (cánh chữ nhật, b/c=3,
Naca 0012,=5o )
80
Hình 5.8. Kết cấu cánh có dầm bên trong
5 Góc vuốt mép vào 1 độ (rad)
6 Góc vuốt mép ra 2 độ (rad) 7 Góc tới (góc tấn) độ (rad) 8 Vận tốc dòng tự do (số Mach) V (M, M) m/s (không thứ nguyên) Các thông số đầu vào đối với bài toán biến dạng đàn hồi cánh được thể hiện trong bảng 5.2, trong đó các thơng số đầu vào của bài tốn khí động và nghiệm phân bố áp suất trên cánh đều là các thơng số đầu vào của bài tốn biến dạng đàn hồi. Bên cạnh đó, thơng số của bài tốn biến dạng đàn hồi cịn có các kích thước kết cấu bên trong cánh và vật liệu.
Bảng 5.2. Thông số đầu vào đối với bài toán đàn hồi cánh
TT Thơng số Dạng, kí hiệu Đơn vị
1 Thơng số khí động đầu vào trên bảng 5.1.
2 Nghiệm khí động: Áp lực phân bố trên cánh phân bố 3D N
3 Số lượng dầm i
4 Vị trí đặt dầm so với mép vào cánh xi m
5 Chiều dày chân dầm t1 m
6 Chiều rộng thành dầm t2 m
7 Chiều rộng chân dầm t3 m
8 Chiều dày sườn t4 m
9 Chiều dày vỏ t m
10 Modul đàn hồi của vật liệu E N/m2
11 Hệ số Poisson
81
Hình 5.9. Hệ số phân bố áp suất
của cánh chữ nhật (Naca 0012, b/c = 4, α=4o
)