4 KHÍ ĐỘNG LỰC TƯƠNG TÁC CÁNH CHÍNH VÀ CÁNH
4.1.2 Dòng sau cánh chính khi có mặt cánh đuôi ngang
Trong phần xét hệ hai cánh, xét sự biến đổi của thông số dòng theo phương sải cánh y ở các vị trí khác nhau của x, mặt z = const lấy đi qua đường ¼ cánh chính
(zc/4). Để thấy rõ sự thay đổi của các thành phần vận tốc dọc u, vận tốc đứng w và góc dòng dạt xuống ε trong vết cánh chính khác nhau như thế nào khi không và có cánh đuôi ngang ở phía sau, xét đối với trường hợp cánh chính (sử dụng trong thực nghiệm) có profile Naca 4412, αw = 4otrên các hình 4.8, 4.9, 4.10. Cũng như trong chương 3 xét đối với dòng sau cánh chính đơn, phần dòng chảy phía sau cánh gồm có vùng vết (wake) và vùng dòng ngoài (external flow); ở trong vết, vận tốc đứng w có phương hướng xuống nên đó là vùng dòng dạt xuống; ở dòng ngoài, vận tốc w có phương hướng lên đó là vùng dạt lên. Cánh đuôi ngang thường có sải nhỏ hơn sải cánh chính nên nó nằm trong vùng dòng dạt xuống sau cánh chính. Trong trường hợp hệ hai cánh, sẽ tồn tại vùng hỗn hợp vừa thuộc vết cánh chính và vừa thuộc dòng ngoài cánh đuôi ngang.
Xét vận tốc dọc u/V∞ trên hình 4.8(a) đối với cánh đơn. Cũng tương tự như kết quả đối với cánh đơn xét trong chương 3, vận tốc dọc trong vết bị lõm nhiều nhất tại vị trí gần mép ra tại x/c = 0,5 (trên mặt đi qua gốc cánh y/b = 0, vận tốc dọc u =
93,5% V∞). Độ lõm này giảm dần dọc theo dòng chảy xa dần khỏi mép ra của cánh (tại vị trí xa nhất xét trên hình x/c = 5, u = 98% V∞). So sánh kết quả trên hình
4.8(b) khi có cánh đuôi ngang đặt sau cánh chính với kết quả trên hình 4.8(a) khi
không có cánh đuôi ngang phía sau cánh chính, thấy có sự khác nhau nhiều (vị trí
x/c = 2 đi qua đường ¼ của cánh đuôi ngang). Chỉ có sự giống nhau trong hai trường hợp không có cánh đuôi ngang (a) và có cánh đuôi ngang (b) là vận tốc dọc u trong vùng dòng ngoài (ngoài vết) nhanh chóng đạt giá trị V∞ khi xa biên vết
( Vu/ ∞ → 1). Ở vùng trong vết, sự khác nhau giữa hai trường hợp (a) và (b) là rất lớn. Ngoài giá trị vận tốc dọc u tại vị trí x/c = 2 (đi qua cánh đuôi ngang), ở tất cả các vị trí x = const khác trên đường trục kéo dài từ gốc cánh, vận tốc dọc đều bị
giảm giá trị với sự có mặt của cánh đuôi ngang, nghĩa là độ lõm của của đường phân bố vận tốc lớn hơn. Tại vị trí x/c = 2 trùng với đường ¼ của cánh đuôi ngang, kết quả mô phỏng cho giá trị vận tốc dọc u bằng không (u/V∞= 0) trong khoảng có
chứa cánh đuôi ngang; còn phía ngoài mút cánh đuôi ngang, dòng bị kích động mạnh làm cho u/V∞ > 1 ở chỗ gần mút cánh đuôi ngang. Sự thay đổi đặc biệt còn nằm ở vị trí x/c = 3, là vị trí nằm sau mép ra của cánh đuôi ngang. Vận tốc dọc tại x/c = 3 giảm mạnh (u = 85,2% V∞), do đây là vị trí sát mép ra của cánh đuôi ngang.
Như vậy, tồn tại vùng hỗn hợp vừa thuộc phần trong vết cánh chính, vừa thuộc
phần ngoài vết (dòng ngoài) cánh đuôi ngang, tại đó, dòng bị kích động khác thường và làm cho quy luật biến thiên các thông số dòng (như vận tốc dọc u) thay đổi, có sự tăng giảm đột ngột và đồ thị có thêm các điểm uốn cục bộ. Các thông số như vận tốc đứng w (hình 4.9) và góc dòng dạt xuống (hình 4.10) và một số thông ε số khác cũng có hiện tượng tương tự (đồ thị có thêm điểm uốn cục bộ và các thông
số biến thiên tăng giảm đột ngột) trong vùng hỗn hợp nằm trong vết cánh chính và nằm ngoài vết cánh đuôi ngang.
Hình 4.8. Vậ ốn t c d c sau cánh chính (Naca 4412, ọ αw = 4o). (a) Cánh đơn; (b) Tổ ợ h p cánh chính và cánh đuôi ngang
Hình 4.9. Vận tốc đ ng sau cánh chính (Naca 4412, ứ αw = 4o). (a) Cánh đơn; (b) Tổ ợ h p cánh chính và cánh đuôi ngang
Hình 4.10. Góc dòng dạt xuống sau cánh chính (Naca 4412, αw = 4o). (a) Cánh đơn; (b) Tổ ợp cánh chính và cánh đuôi ngang h
Vận tốc đứng w/V∞trong trường hợp cánh chính đơn và tổ hợp cánh chính - cánh
đuôi ngang được trình bày trên hình 4.9(a) và 4.9(b). Thành phần vận tốc đứng chính là vận tốc dòng dạt xuống có giá trị nhỏ hơn nhiều vận tốc dọc u. So sánh giữa hai trường hợp không và có cánh đuôi ngang ở phía sau cánh chính cho thấy kết quả rất khác nhau trong vùng dòng dạt xuống sau cánh chính. Tại vị trí x = 2c trùng với đường ¼ của cánh đuôi ngang, tính toán mô phỏng cho giá trị vận tốc đứng w bằng không (w/V∞ = 0) trong vùng có cánh đuôi ngang. Trong vùng hỗn hợp (bên trong vết cánh chính và bên ngoài cánh đuôi ngang trên hình 4.9(b), vận tốc w có quy thuật biến đổi tăng giảm bất thường và có điểm uốn. Với phần không gian còn lại, so với trường hợp không có cánh đuôi ngang, giá trị tuyệt đối của vận tốc dòng dạt xuống w trong trường hợp có cánh đuôi ngang tăng ở những vị trí x nằm trước cánh đuôi ngang (x/c = 0,5 và x/c = 1), và giảm ở các vị trí x ở sau cánh đuôi ngang (x/c = 3 và x/c = 5).
Góc dòng dạt xuống là kết quả tính toán từ hai thành phần vận tốc dọc và vận tốc ngang theo công thức (3.1). Vì vậy, tại vị trí x/c = 2 trùng với đường ¼ của cánh đuôi ngang, góc không xác định như trên hình ε 4.10(b). Tại các vị trí x ở trước cánh đuôi ngang (x/c = 0,5, x/c = 1), sự có mặt của cánh đuôi ngang làm tăng giá trị tuyệt đối của vận tốc w so với trường hợp cánh chính đơn. Xét tại vị trí x/c = 1, là vị trí ở trước mép vào cánh đuôi ngang, góc dòng dạt sau trong trường hợp có cánh đuôi ngang có giá trị thay đổi từ -3,6o -4÷ ,2o tương ứng với y/bH = 0 ÷ 1 (theo
phương ngang). Như vậy, theo phương y, góc dòng dạt xuống có giá trị thay đổi. Sự thay đổi này, tương tự như trường hợp góc tới cánh đuôi ngang không đổi nhưng cánh đuôi ngang bị xoắn. Có nghĩa là góc dòng dạt xuống sau cánh chính thay đổi theo ba phương (x, y, z), và có thể nhận định rằng giả thiết góc dòng dạt sau cánh chính chỉ có một giá trị là còn có khoảng cách với thực tế.
Để xét góc tới của cánh chính ảnh hưởng đến góc dòng dạt xuống sau cánh chính, hình 4.11 trình bày đồ thị biến đổi góc dòng dạt xuống ở hai vị trí x/c = 0,5
và x/c = 5 với hai giá trị của góc tới αw = 4o và αw = 8o (profile Naca 0012). Hình
Hình 4.11. Góc dòng dạt xuống trong vết. (a) Cánh đơn (Naca 0012, αw = 4o
4.11(a) là kết quả góc dòng dạt xuống (dạt lên) đối với cánh chính đơn (không có