(1) Bài tốn dịng trong vết sau cánh 3D xét đến hiệu ứng nhớt và hiệu ứng mút cánh là bài tốn cơ bản, quan trọng có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực cơ học thủy khí nói chung và khí động hàng khơng nói riêng.
Kết quả của nghiên cứu đóng góp kiến thức chuyên ngành chuyên sâu.
(2) Bài toán tương tác khí động lực cánh chính và cánh đi ngang xét sự thay đổi các thơng số dịng trong vết sau cánh chính với sự có mặt của cánh đi ngang phía sau và ảnh hưởng của nó tới khí động lực cánh đi ngang là một vấn đề rất cần thiết và quan trọng, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Kết quả nghiên cứu của luận góp phần giúp cho người thiết kế máy bay lựa chọn phương án phối trí khí động.Trên mức độ nhất định về ý nghĩa thực tiễn, kết quả của nghiên cứu trên có ý nghĩa ứng dụng tương tự đối với các bài tốn dịng qua hệ thống cánh bánh công tác và cánh hướng dòng, hoặc hệ thống nhiều tầng cánh của các loại máy thủy khí nhiều cấp; dịng qua một vật thể nằm trong vết khí động của vật thể phía trước...
2. Những kết quả mới của luận án
(1) Xây dựng mơ hình thí nghiệm, xây dựng code tính tốn bằng phương pháp lưỡng cực - nguồn và ứng dụng phần mềm thương mại để tính tốn.
Về thực nghiệm, do việc gia cơng cánh rỗng có kích thước nhỏ rất khó khăn, vì thế trong điều kiện ống khí động khơng lớn tương đương với ống khí động mà luận án sử dụng, nhiều cơng trình nghiên cứu thực nghiệm trên thế giới đã gia công cánh đặc để thực hiện việc đo áp suất trên một mặt cánh. Luận án đã thực hiện gia cơng cánh mơ hình rỗng đối với cả cánh chính và cánh đi ngang, và tiến hành đo áp suất trên hai mặt cánh. Cánh được gia cơng rỗng có thể luồn tồn bộ các dây dẫn đo áp suất vào trong cánh, tránh việc các dây dẫn gây nhiễu dòng và thực hiện được đồng thời phép đo áp suất phía lưng và bụng cánh trong một lần gá cố định cánh. Nhờ vậy, có thể đảm bảo độ chính xác cho việc xác định hiệu ứng chảy vòng đầu mút cánh cũng như kết quả đo áp suất trên mặt cánh. Việc chế tạo cánh rỗng và thực hiện đo phân bố áp suất trên hai mặt lưng và bụng của cánh chính và cánh đi ngang với độ chính xác cao là một đóng góp đáng ghi nhận của luận án về kết quả đo cũng như phương án xây dựng thực nghiệm.
Về phương pháp tính tốn số giải phương trình vi phân dịng nhớt, việc khai thác và biểu diễn kết quả dưới dạng đồ thị yêu cầu những hiểu biết về vật lý và kỹ năng xử lý số. Các chương trình nhỏ được lập trình để lựa chọn các dãy giá trị số biểu diễn quy luật biến thiên các thông số trong miền xét theo ý muốn. Cách biểu diễn kết quả một cách hệ thống, có mục đích rõ ràng cũng góp phần làm sáng tỏ vấn đề.
120
Phương pháp số kì dị lưỡng cực - nguồn tính tốn đối với cánh 3D có chiều dày được sử dụng để tính tốn đối với cánh đơn, so sánh đối chiếu với các kết quả thực nghiệm và kết quả số giải phương trình vi phân dịng trên cánh 3D.
(2) Tính tốn xác định được các thơng số dịng chảy trong vết sau cánh 3D, và góc dịng dạt xuống biến đổi theo ba phương x, y, z.
Dịng trong vết khí động thực hiện vai trị khuếch tán động lượng tạo nên bởi lưu số trên cánh và động lượng thiếu hụt do tổn thất nhớt trong lớp biên trên hai mặt lưng và bụng cánh. Đối với cánh, lớp biên, tách thành và hiệu ứng chảy vòng đầu mút cánh là hiện tượng vật lý phức tạp xảy ra trên cánh, với điều kiện biên trên thành rắn rõ ràng. Tuy nhiên sự khuếch tán động lượng trong vết xảy ra trong môi trường tự do với các “biên mềm” là trục vết (phân chia dịng phía lưng và dịng phía bụng cánh) và đường tâm xốy (phân chia dịng dạt xuống trong vết và dịng dạt lên ngoài vết) đều là các đường khơng gian tự định hình dạng theo ảnh hưởng của các thơng số động học và hình học cánh 3D. Điều này cho thấy, tính chất biến đổi của dịng trong vết rất phức tạp.
Sử dụng phương pháp số kết hợp với kiểm chứng bằng thực nghiệm, luận án đã cho thấy quy luật biến thiên ba chiều của các thơng số dịng trong vết phụ thuộc vào dạng profile cánh, hệ số dãn dài cánh, độ vuốt của cánh, góc tới và vận tốc dịng ở vơ cùng.
(3) Xác định được lực khí động trên cánh đi ngang chịu ảnh hưởng của dịng sau cánh chính qua việc giải bài tốn tương tác khí động lực cánh chính và cánh đi ngang.
Khi đặt phía sau cánh (cánh chính) một cánh đuôi ngang, các thơng số dịng trong vết sau cánh đơn bị thay đổi. Các đặc trưng khí động của cánh chính cũng bị thay đổi khi có mặt cánh đi ngang ở sau.
Tác động xi dịng của vết sau cánh chính lên cánh đi ngang là rất mạnh và rất rõ nét, có ý nghĩa và tầm quan trọng lớn trong ứng dụng tính tốn thiết kế phối trí khí động máy bay.
Kết quả tính tốn cho thấy góc dịng dạt xuống trong vết đặc trưng cho hướng dịng tới cánh đi ngang, xác định lực nâng trên cánh đi ngang. Góc này thay đổi theo ba phương, đặc biệt, sự thay đổi của góc phương sải cánh tác động lên cánh đuôi ngang được coi như sự thay đổi góc tới cục bộ (điều này tương tự như cánh đuôi ngang bị xoắn khi coi vận tốc tới đồng nhất).
(4) Ứng dụng tính tốn khí động lực học và cân bằng mơmen cho một máy bay cụ thể nhằm xác định vai trị quan trọng và sự cần thiết phải tính chính xác lực khí động trên cánh đi ngang.
Giải bài tốn cân bằng mơmen đối với một máy bay cụ thể cho thấy, mơmen chúc ngóc của máy bay rất nhạy cảm với sự thay đổi dù rất nhỏ của giá trị lực nâng trên cánh đi ngang. Vì vậy, tính tốn chính xác lực nâng trên cánh đi ngang là rất quan trọng và cần thiết. Nhưng đây cũng là công việc rất phức tạp do cánh đi ngang nằm trong vết sau vết cánh chính và chịu tương tác với thân.
121
3. Những đóng góp mới của luận án
(1) Các kết luận về quy luật biến đổi của các thơng số dịng trong vết sau cánh 3D của luận án góp phần làm rõ bản chất vật lý của của hiện tượng rất phức tạp đối với dòng trong vết với hiệu ứng xốy mút cánh và dịng dạt xuống.
Đây là bài tốn rất cơ bản, quan trọng, có ý nghĩa trong lĩnh vực cơ học thủy khí nói chung và khí động lực học nói riêng. Kết quả nghiên cứu góp phần làm phong phú những hiểu biết và kiến thức chuyên sâu đối với lĩnh vực lý thuyết cánh, có thể ứng dụng trong đào tạo và nghiên cứu chuyên sâu.
(2) Các kết luận về ảnh hưởng của dòng dạt xuống trong vết cánh chính tới lực khí động cánh đi ngang góp phần làm rõ hiện tượng tương tác khí động lực cánh chính và cánh đi ngang, cho thấy được các yếu tố ảnh hưởng để điều chỉnh giá trị lực khí động trên cánh đi ngang như mong muốn.
Nghiên cứu được hướng tới mục tiêu vật thể nằm trong vết sau cánh (chính) là cánh đi ngang. Kết quả nghiên cứu cho thấy lực khí động phân bố trên cánh đuôi ngang chịu ảnh hưởng rất mạnh từ điều kiện hình học, động học của cánh chính và cấu hình tương quan giữa hai cánh. Những hiểu biết mà nghiên cứu đem lại có thể ứng dụng trong đào tạo và nghiên cứu thiết kế phối trí khí động máy bay.
(3) Mơ hình thực nghiệm mà luận án đã xây dựng cho thấy để nhận được kết quả đo chính xác phân bố áp suất trên cánh 3D và xác định được hiệu ứng mút cánh, cần thiết phải gia công cánh rỗng (dù rằng, việc gia cơng cánh rỗng là rất khó khăn, cơng phu và tốn thời gian). Nghiên cứu kết hợp giữa thực nghiệm và phương pháp số là giải pháp phù hợp cho bài tốn xác định chính xác lực khí động trên cánh đi ngang.
Kết quả thực nghiệm của luận án cho thấy giá trị áp suất đo trên cánh có độ chính xác rất cao ngay cả ở các vị trí sát mút cánh. Một yếu tố quan trọng góp phần đảm bảo độ chính xác của phép đo là điều kiện thí nghiệm phải gần với thực tế. Cánh mơ hình mà luận án tiến hành thí nghiệm đã đảm bảo tránh nhiễu do dây dẫn đo áp suất gây nên, đảm bảo cho dòng chảy được giao thoa tự nhiên ở không gian đầu mút cánh và sau mép ra của cánh. Điều này có được là do cánh được gia công rỗng (220 dây dẫn nối với 220 lỗ đo áp suất khoan trên cánh được đặt tồn bộ trong lịng cánh).
4. Kiến nghị
Việc tính tốn chính xác lực khí động trên cánh đi ngang là rất cần thiết và quan trọng ở mọi chế độ bay. Có thể ứng dụng và phát triển hướng nghiên cứu trên khi cánh đuôi ngang thực hiện chức năng điều khiển cao độ bay, cất cánh và hạ cánh.
122