6. Bố cục của luận án
3.2.2 Kết quả mô phỏng số
Trường hợp góc tới = 4o như kết quả thực nghiệm trên hình 3.24(b) được xét
chi tiết hơn từ kết quả mô phỏng ở những tiết diện gần thành hơn so với hàng lỗ TD.1 cách tường 40 mm như trong thực nghiệm.
Hình 3.27 trình bày kết quả mơ phỏng dịng qua cánh với góc tới α = 4o trong hai
trường hợp gốc cánh là mặt đối xứng (khơng có hiệu ứng thành) và gốc cánh là thành ống khí động (có hiệu ứng thành). Xét mặt A cách thành ống khí động 5 mm (5%c). Hình 3.27(a) biểu diễn đường dòng trên mặt A trong trường hợp mặt đối xứng (thành ống khí động ở vị trí mặt đối xứng tại gốc cánh) và hình 3.27(b) là đường dòng trên mặt A với trường hợp thành ống khí động (trường hợp thực nghiệm). Như so sánh với kết quả trên hình 3.27(a) và 3.27(b) cho thấy sự tách thành mạnh tại miền lớp biên sát thành và tạo thành xốy phía sau cánh. Phân bố hệ số lực nâng trên nửa sải cánh trên hình 3.27(c) chỉ ra sự khác nhau của hệ số lực nâng trong hai trường hợp có và khơng có hiệu ứng thành ống khí động. Sự giao thoa hai lớp dịng qua cánh (vùng gần gốc cánh) và thành ống khí động gây nên sự
Hình 3.27. Kết quả mơ phỏng, α = 4o. (a) Đường dịng qua mặt A (khơng có thành ống); (b) Đường dịng qua mặt A (có thành ống); (c) Hệ số lực
nâng trên nửa sải cánh; (d) Hệ số áp suất trên tiết diện A
56
tách thành và giảm hệ số lực nâng trong miền gần gốc cánh. Phân bố hệ số áp suất trên mặt cắt A trong hai trường hợp có và khơng có hiệu ứng thành ống khí động khác nhau nhiều (hình 3.27(d)).
Với góc tới α = 14o, sự giao thoa của dòng tại vùng gần gốc cánh gây nên sự tách thành rất mạnh được chỉ ra trên hình 3.28(b). Đường dịng trên mặt qua mặt gốc cánh trong trường hợp khơng có thành ống khí động (hình 3.28(a)) có tách thành trên lưng cánh nhưng vùng tách thành không vồng lên và bao trùm rộng ra phần sau cánh như trường hợp trên hình 3.28(b). Hệ số lực nâng trên nửa sải cánh bị giảm đáng kể ở gần gốc cánh do hiệu ứng thành khi so sánh với trường hợp khơng có thành như được chỉ ra trên hình 3.28(c). Phân bố hệ số áp suất trên mặt cắt A (hình 3.28(d)) cũng cho thấy sự khác nhau lớn giữa hai trường hợp có và khơng có hiệu ứng thành ống khí động. Sự khác nhau rất lớn này của phân bố hệ số áp suất chủ yếu xảy ra phía lưng cánh nơi tách thành xảy ra rất mạnh.
Phân bố hệ số lực nâng trên hình 3.27(c) và 3.28(c) đối với hai trường hợp góc tới = 4° và = 14° cho thấy sự khác nhau có và khơng có hiệu ứng thành tại các tiết diện sát gốc cánh. Để so sánh và đánh giá từ giá trị số, bảng 3.1 cho thấy giá trị hệ số lực nâng trên ba tiết diện sát thành ống khí động với = 4o và = 14o.
Hình 3.28. Kết quả mơ phỏng, α = 14o. (a) Đường dịng qua mặt A (khơng có thành ống); (b) Đường dịng qua mặt A (có thành ống); (c) Hệ số lực nâng trên nửa sải cánh; (d) Hệ số áp suất trên tiết diện A
57
Hình 3.29. Kết quả mơ phỏng, α = 18o. (a) Trường áp suất trên mặt A (khơng có thành ống); (b) Trường áp suất trên mặt A (có thành ống); (c) Hệ số lực nâng trên nửa sải cánh; (d) Hệ số áp suất trên tiết diện A
Hình 3.30. Các hệ số lực khí động trong hai trường hợp có và khơng có hiệu ứng thành ống khí động. (a) Hệ số lực nâng; (b) Hệ số lực cản
58
Bảng 3.1. Hệ số lực nâng (CL(wall)) có và (CL(sym)) khơng có hiệu ứng thành tại ba tiết diện gần gốc cánh Tiết diện y (mm) = 4o = 14o
CL(sym) CL(wall) (%) CL(sym) CL(wall) (%)
TD. 1 40 0,600 0,570 5,0% 1,261 1,097 13%
TD. 2 80 0,594 0,579 2,5% 1,254 1,194 4,8%
TD. 3 120 0,582 0,573 1,5% 1,238 1,217 1,8%
Các kết quả số trên bảng 3.1 cho phép đánh giá chênh lệch của hệ số lực nâng gây nên bởi hiệu ứng thành ống khí động tại ba tiết diện 1, 2 và 3 với hai trường hợp = 4° và = 14°. Trên bảng 3.1, y là khoảng cách từ thành ống khí động đến lỗ đo áp suất. Với = 4°, chênh lệch hệ số lực nâng (tại ba tiết diện 1, 2 và 3) của hai trường hợp có và khơng có hiệu ứng thành bằng và nhỏ hơn 5%. Với = 14°, chênh lệch hệ số lực nâng tại tiết diện 1 là 13% (hiệu ứng thành là đáng kể, tương ứng với nhận xét kết quả trên hình 3.26(a)). Từ khoảng cách y = 80 mm và lớn hơn (tiết diện 2 và 3), chênh lệch của hệ số lực nâng nhỏ hơn 5%.
Sự khác nhau về trường phân bố áp suất trên mặt A gần gốc cánh trong hai trường hợp có và khơng có hiệu ứng thành khi α = 18o được trình bày trên hình 3.29(a) và 3.29(b). Hệ số lực nâng tại vùng gần gốc cánh giảm mạnh trong trường hợp có hiệu ứng thành so với trường hợp khơng có hiệu ứng thành (hình 3.29(c)). Phân bố hệ số áp suất trên mặt cắt A được chỉ ra trên hình 3.29(d) rất khác nhau đối với hai trường hợp có và khơng có hiệu ứng thành.
Hệ số lực nâng và hệ số lực cản tổng của cánh theo góc tới trong hai trường hợp có và khơng có hiệu ứng thành được trình bày trên hình 3.30. Góc tới càng lớn thì ảnh hưởng của hiệu ứng thành ống càng mạnh, làm giảm đáng kể hệ số lực nâng và tăng hệ số lực cản.
Với kết quả thực nghiệm và kết quả tính tốn số xác định các đặc trưng dịng chảy đối với mơ hình cánh sử dụng trong thực nghiệm ở trên, hiệu ứng thành ống
khí động là đáng kể với góc tới α > 10o. Khoảng cách 40 mm (40% dây cung cánh
c) giữa mặt cắt 1 (hàng lỗ đo áp suất số 1) và thành ống khí động là đủ rộng để có thể bỏ qua hiệu ứng thành khi góc tới α < 10o. Cần lưu ý rằng nhận định này chỉ áp dụng cho việc xác định hệ số lực nâng và hệ số lực cản. Trong nhiều trường hợp, sự khác nhau về phân bố hệ số áp suất trên hai mặt lưng cánh và bụng cánh trong các trường hợp có và khơng có hiệu ứng thành có liên quan tới trạng thái phân bố tải trọng trên cánh và bài tốn khí động đàn hồi xác định lực khí động trên cánh khi cánh bị biến dạng đàn hồi [93].
Hiệu ứng thành ống khí động đối với cánh trong thực nghiệm cũng có sự tương tự như hiệu ứng giao thoa cánh - thân máy bay. Vùng giao thoa cánh - thân máy bay cũng xảy ra hiện tượng tách thành rất mạnh đặc biệt khi góc tấn lớn. Hiện tượng này của máy bay sẽ được xét trong chương 5.
59
3.3 Góc dịng dạt xuống xác định bằng phương pháp bán giải tích - So sánh với kết quả số dịng 3D có nhớt