Đánh giá sai số thực nghiệm

6. Bố cục của luận án

2.1.3 Đánh giá sai số thực nghiệm

Sai số của phép đo trong thực nghiệm có hai loại chính là sai số dụng cụ đo (δ) và sai số ngẫu nhiên của các lần lấy mẫu (SD) [61, 62].

Sai số dụng cụ đo áp kế kỹ thuật số được xác định từ tài liệu của nhà sản xuất là: ±0,15% of F.S. ±1 digit. Ở đây, “F.S.” (full scale) là khả năng đo cực đại của áp kế (2 kPa), và “digit” là thang chia nhỏ nhất của áp kế (1 Pa). Thời gian giữa hai lần đo liên tiếp là 1 ms. Như vậy, sai số lớn nhất của áp kế δ = ±4 Pa. Đây là loại áp kế kỹ

thuật số có độ chính xác rất cao. Sai số ngẫu nhiên SD được xác định theo số lần

lấy mẫu và được xác định theo cơng thức (2.2a) [63, 64]:

Có thể ứng dụng biểu đồ cột giá trị thực trung bình (true mean value) và thanh lỗi (error bar) [65, 66] để đánh giá độ chính xác của phép đo áp suất tại mỗi lỗ đo trên cánh. Giá trị trung bình thực p là trung bình cộng của n số lần lấy mẫu giá trị đo tức thời. Thanh lỗi được tính tốn dựa theo độ lệch chuẩn (standard deviation, SD)

SD [67]: 2 1 ( ) = 1 n i i SD p - p n       (2.2a) trong đó p i

là giá trị đo của lần lấy mẫu thứ i. Như vậy, số lần lấy mẫu càng lớn,

SD (sai số ngẫu nhiên) càng nhỏ. Thí nghiệm ở đây có số lần lấy mẫu n = 30.000

(với thời gian đo là 30s). Khoảng 2/3 giá trị đo tức thời p i

nằm trong dải

p SD

  , nghĩa là, độ dài thanh lỗi là 2SD.

Hệ số phân tán (coefficient of variation) đánh giá độ tin cậy của phép đo (measuring confidence) thông qua mức độ biến động của n dữ liệu đo được xác định bằng công thức [63]:

/

V SD p

C   (2.2b)

Hình 2.7 trình bày độ tin cậy của kết quả đo (các trường hợp trên hình (2.6)) thơng qua biểu đồ giá trị trung bình thực và thanh lỗi (hình (a)), biểu đồ miền phân tán và hệ số phân tán (hình (b1)-(d1)), đồ thị giá trị tức thời theo thời gian (hình (b2)-(d2)).

Mỗi giá trị trung bình thực dạng biểu đồ cột (màu xanh) được vẽ cùng với thanh lỗi (màu đỏ) tương ứng với hai lần độ lệch chuẩn của phép đo (2SD). Miền phân tán (dispersion) là tập hợp của n giá trị đo của n lần lấy mẫu (n = 30.000).

Đánh giá độ tin cậy kết quả đo của một số trường hợp khác được trình bày trong phần Phụ lục 2.

21

Hình 2.6. (a) Hệ số áp suất; (b) Vị trí tiết diện 1 (cánh chính Naca 4412,  = 14o)

(a) (b)

Hình 2.7. Độ tin cậy kết quả đo. (a) Giá trị trung bình thực và thanh lỗi (10 lỗ phía bụng TD.1 ( = 14o)); (b1), (c1), (d1) Miền phân tán và hệ số phân tán tại các lỗ 1,

3, 5; (b2), (c2), (d2) Giá trị tức thời của 30.000 dữ liệu đo

(a)

(b1) (b2)

(c1) (c2)

(d1) (d2)

22

Cùng với dạng biểu diễn phân tán không gian giá trị thực của 30.000 lần lấy mẫu đo trên các hình 2.7(b1), (c1), (d1), biểu diễn theo thời gian giá trị thực của 30.000 lần lấy mẫu đo này cũng được thể hiện tương ứng trên các hình 2.7(b2), (c2), (d2). Các hình (b2), (c2), (d2) tương tự như đáp ứng tức thời theo thời gian 30s của 30.000 lần lấy mẫu hiển thị trên màn hình máy tính dưới dạng tín hiệu điện (mV) như trên hình 2.8(b). Phần mềm Wave Logger xuất kết quả kết nối với hệ thống thu thập dữ liệu của áp kế kỹ thuật số DM 3501 cho phép xuất ra kết quả tức thời trên màn hình máy tính và kết quả dạng file số của Excel. Đồ thị trên các hình 2.7(a), (b), (c), (d) là kết quả của dữ liệu 30.000 lần lấy mẫu đo từ file số của Excel của phần mềm Wave Logger. Các hình biểu diễn này cho thấy tính xác thực và độ chính xác của kết quả đo.

Hình 2.8. (a) Mơ hình cánh đi ngang trong buồng thử; (b) Giao diện hiển thị tín hiệu điện (mV) tại lỗ 8 (phía bụng) và lỗ 3 (phía lưng);

(c) Hệ số áp suất trên tiết diện 1 (hàng lỗ 1)

(a) (b) (c) Lỗ số 8 (phía bụng): -57.28mV Lỗ số 3 (phía lưng): -56.07mV Vị trí để gá lắp cánh chính Lỗ số 3 (hàng 1)

23

Trước khi thực hiện các thực nghiệm đo áp suất trên cánh đuôi ngang nằm sau cánh chính chịu ảnh hưởng nhiễu do cánh chính gây nên, thử nghiệm đo áp suất trên

cánh đi ngang đơn, góc tới α = 0o, được tiến hành để đánh giá độ chính xác của

kết quả đo (hình 2.8). Quy ước ở đây, α đối với cánh đơn gọi là góc tới và đối với máy bay gọi là góc tấn (bởi với máy bay, cịn có khái niệm góc đặt cánh so với trục thân máy bay). Cánh đi ngang đơn trên hình 2.8(a) có góc tới 0 độ và khơng có cánh chính ở trước, vận tốc dịng trong ống khí động là 16 m/s. Cánh đuôi trong trường hợp này giống như một cánh chính nhỏ (với trường vận tốc ở vơ cùng là vận tốc đồng nhất V∞). Đây là trường hợp đối xứng cả về hình học và động học, vì vậy, áp suất phân bố trên lưng và bụng cánh phải bằng nhau (vị trí điểm số 3 và điểm số 8, xem trên hình 2.4). Hình 2.8(b) là hiển thị tín hiệu điện của giá trị áp suất của 30.000 lần đo tại lỗ số 8 (phía bụng cánh) và lỗ số 3 (phía lưng cánh). Giá trị trung bình của 30.000 lần đo tại điểm số 3 là -56,07 Pa và điểm số 8 là -57,28 Pa (chênh lệch nhau 2%) (hình 2.8(b)). So sánh kết quả hệ số áp suất trên hình 2.8(c) (kết quả số tính theo phương pháp kì dị 3D tại tiết diện 1, kết quả thực nghiệm 2D của Riegels [68]) cho thấy độ chính xác của phép đo liên quan đến dụng cụ đo, số lần lấy mẫu, độ chính xác gia cơng cánh và gá lắp cánh trong buồng thử ống khí động.