5 TÍNH TỐN KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỐI VỚI MÁY BAY CÓ XÉT ĐẾN CÂN BẰNG MÔMEN Ở CHẾ ĐỘ BAY BẰNG
5.1.2 Hiệu ứng giao thoa cán h thân và dòng dạt xuống ảnh hưởng tới khí động lực cánh đi ngang
tới khí động lực cánh đi ngang
5.1.2.1 Hiệu ứng giao thoa cánh - thân ảnh hưởng tới cánh đuôi ngang
Hiệu ứng giao thoa cánh - thân rất nhạy với sự tách thành. Tách thành mạnh thường biến thành xoáy ở sau cánh và có tác động lên cánh đi ngang làm thay đổi lực khí động trên cánh đi ngang so với trường hợp tổ hợp cánh chính - cánh đi. Sự khác nhau về phân bố áp suất trên cánh đuôi ngang trong hai trường hợp tổ hợp cánh chính - cánh đi và tổ hợp cánh chính - thân - cánh đi (máy bay mơ hình) được trình bày trên hình 5.7 (với góc tấn α = 12o).
Trên hình 5.7 cịn thể hiện đường dòng qua mặt gốc cánh trong hai trường hợp có và khơng có thân với sự tách thành rất mạnh trong vùng giao thoa cánh - thân (xem hình 5.4). Đồ thị biểu diễn hệ số lực khí động của các thành phần khí động của máy bay trên hình 5.8 cho thấy hệ số lực nâng của cánh đuôi đứng bằng không (hệ số lực cản của cánh đuôi đứng cũng gần bằng không).
Kết quả trên hình 5.8 cho thấy, hệ số lực nâng và hệ số lực cản của cánh đuôi ngang nhỏ hơn nhiều so với hệ số lực nâng và hệ số lực cản của cánh chính. Tuy nhiên, lực nâng trên cánh đi ngang là thành phần chính tạo mơmen chúc ngóc cho máy bay do cánh tay địn từ tâm khí động của cánh đi ngang đến trọng tâm của máy bay có giá trị lớn. Vì vậy, một thay đổi nhỏ lực khí động trên cánh đi ngang cũng có thể ảnh hưởng đến cân bằng và ổn định tĩnh dọc của máy bay. Cơng trình thực nghiệm [13] đã khơng đo hệ số lực khí động trên cánh đi ngang, mà chỉ tiến hành đo lực khí động của tổ hợp cánh đi đứng và ngang (VH). Vì vậy, tính tốn số cũng đã tiến hành xác định lực khí động trên tổ hợp cánh đi đứng và ngang để so sánh với kết quả thực nghiệm như được chỉ ra trên hình 5.9.
102
Như kết quả số trên hình 5.8(a) đã cho thấy hệ số lực nâng của cánh đuôi đứng bằng khơng với mọi góc tấn, vì vậy trong trường hợp này, hệ số lực nâng của tổ hợp cánh đuôi đứng - ngang (VH) bằng hệ số lực nâng của cánh đuôi ngang (H), CL(VH) = CL(H) trong kết quả sẽ được phân tích trên hình 5.9.
Trở lại với vấn đề phân tích hiệu ứng tách thành trong vùng giao thoa cánh - thân ảnh hưởng đến hệ số lực nâng trên cánh đi ngang. Hình 5.9(a) cho thấy với góc tấn từ 4o đến 12o, tương tác giữa thân và cánh đuôi không làm thay đổi hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang (khi so sánh hệ số lực nâng của cánh đuôi đơn (VH) với hệ số lực nâng của tổ hợp cánh đuôi - thân (FVH) trừ đi thân (F) (VH = FVH - F)).
Các đồ thị trên hình 5.9(b) cho thấy hiệu ứng tách thành trong vùng giao thoa cánh - thân ảnh hưởng rõ rệt đến hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang. Hệ số lực nâng của cánh đuôi ngang chịu ảnh hưởng từ cánh chính (WVH - W) khác nhiều so với hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang chịu ảnh hưởng bởi tổ hợp cánh chính - thân (WFVH - WF). Sự chênh lệch giá trị hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang từ hai cách xác định trên lên tới gần 40% với góc tấn từ 8o đến 12o.
Với khoảng góc tấn lớn hơn 12o, kết quả thực nghiệm cho thấy, tương tác thân - cánh đi có ảnh hưởng đến (làm giảm) hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang (như chỉ ra trên hình 5.9(a)). Vì vậy, kết quả trên hình 5.9(b) về sự chênh lệch hệ số lực nâng của cánh đuôi ngang của trên hai đồ thị (trong khoảng α > 12o) không chỉ phản ánh mức độ ảnh hưởng của tương tác cánh chính - thân, mà cịn có phần ảnh hưởng của tương tác thân - đuôi ngang. Tuy nhiên, ở đây khơng thực hiện bóc tách hai loại ảnh hưởng tương tác nói trên (trong khoảng α > 12o), mà chỉ ra sự ảnh hưởng rõ rệt của tương tác cánh chính - thân đến hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang (trong khoảng góc tấn từ 8o đến 12o) được xác định từ kết quả thực nghiệm và mô phỏng số.
Hình 5.7. Đường dịng qua mặt gốc cánh và áp suất phân bố trên cánh đuôi ngang (α = 12o). (a) Máy bay mơ hình; (b) Tổ hợp cánh chính - cánh đi
103
Hình 5.8. Hệ số lực khí động của máy bay và cách thành phần khí động của máy bay. (a) Hệ số lực nâng; (b) Hệ số lực cản
Hình 5.9. Hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang (H tương đương với VH). (a) Đối với cánh đuôi ngang đơn và chịu ảnh hưởng của thân; (b) Đối với cánh đuôi ngang chịu ảnh hưởng của cánh chính và tổ hợp cánh chính - thân
104
5.1.2.2 Hiệu ứng dịng dạt xuống sau cánh chính ảnh hưởng tới cánh
đi ngang
Cơng trình thực nghiệm [13] xác định lực khí động của các thành phần khí động của máy bay mơ hình và tổ hợp của chúng ở các góc tấn khác nhau bằng cân lực. Vì vậy, kết quả thực nghiệm khơng cho được hình ảnh chi tiết về phân bố áp suất (hoặc phân bố vận tốc) để mơ tả dịng dạt xuống sau cánh chính.
Tuy nhiên, từ kết quả thực nghiệm (và kết quả số), có thể định lượng được mức độ ảnh hưởng của dòng dạt xuống sau cánh chính đến hệ số lực nâng trên cánh đi ngang từ các đồ thị trình bày trên hình 5.9(a) và 5.9(b). Trên hình 5.9(a) có đồ thị hệ số lực nâng của cánh đuôi ngang đơn (VH = H) và trong hình 5.9(b) có đồ thị hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang chịu ảnh hưởng của cánh chính (WVH - W), khi trừ hai đồ thị này với nhau sẽ cho phần giá trị của hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang chịu ảnh hưởng từ dịng dạt xuống của cánh chính (hình 5.10).
Kết quả trên hình 5.10 cho thấy ảnh hưởng của dịng dạt sau cánh chính tới hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang là rất rõ rệt và phụ thuộc vào góc tấn. Với vai trị chính tạo mơmen chúc ngóc của cánh đi ngang đối với máy bay, nên những sự thay đổi hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang (từ hiệu ứng tương tác cánh chính - thân và hiệu ứng dịng dạt xuống sau cánh chính) đều gây ảnh hưởng khi xét bài toán cân bằng và ổn định tĩnh dọc của máy bay.
Kết quả tính tốn số hệ số lực khí động của máy bay mơ hình và hệ số lực khí động của các thành phần khí động chịu ảnh hưởng tương tác lẫn nhau của máy bay mơ hình với sự so sánh kiểm chứng với kết quả thực nghiệm cho phép áp dụng tính toán với máy bay thực. Không giống máy bay mơ hình xét trong thực nghiệm ở trên, máy bay thực xét tiếp theo là một máy bay không người lái VNT-680 thuộc loại đã thiết kế chế tạo trong thực tế, tạo được lực nâng ở chế độ bay bằng tại góc tấn bằng khơng. Từ kết quả tính tốn khí động đối với máy bay, bài tốn cân bằng sẽ được áp dụng tính tốn với máy bay này để xác định vai trị cánh đi ngang và những thay đổi cần thiết đối với cấu hình cũng như góc đặt cánh đi ngang.
Hình 5.10. Hệ số lực nâng trên cánh đi ngang đơn và chịu ảnh hưởng của cánh chính
105