CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ SỐ
4.3. Tính tốn mơ phỏng với trường hợp vị trí cánh đi ngang thay đổi theo
phương dọc – Đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai cánh
Với cùng mơ hình hệ thống cánh chính và cánh đi ngang xét ở phần trước, trong phần này sẽ thực hiện tính tốn mơ phỏng với khoảng cách giữa cánh chính và cánh đi ngang thay đổi (với cánh đi ngang bố trí cùng độ cao với cánh chính). Thơng số hình học và động học của các trường hợp tính tốn trong phần này được cho trong bảng 4.6.
Bảng 4.6. Các thơng số cánh trong tính tốn mơ phỏng với L thay đổi
TT Thơng số Kí hiệu Giá trị
1 Profile cánh chính Naca 4412
2 Dây cung cánh chính C 1m
3 Hệ số dạng cánh chính W 6
4 Góc đặt cánh chính i W 0
5 Góc đặt cánh đi ngang i T 0
6 Profile cánh đuôi ngang Naca 0012
7 Dây cung cánh đuôi ngang c 0.6C
8 Hệ số dạng cánh đuôi ngang H 4 9 Vận tốc dịng vơ cùng U 16 m/s 10 Khoảng cách hai cánh a. L 1.25C b. L 1.5C c. L 2C d. L 1.85C e. L 3.7C
MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG SỐ
Hình 4.6 là đồ thị hệ số lực nâng của cánh chính phụ thuộc vào khoảng cách giữa cánh chính và cánh đi ngang so sánh với kết quả của trường hợp khơng có cánh đi ngang. Kết quả tính tốn cho thấy khoảng cách giữa hai cánh ảnh hưởng rõ rệt đến hệ số lực nâng của cánh chính. Hệ số lực nâng của cánh chính giảm mạnh khi cánh đuôi ngang bố trí gần cánh chính. Đồ thị hệ số lực nâng của cánh chính theo khoảng cách hai cánh có dạng đường cong lồi tiệm cận về giá trị hệ số lực nâng của cánh chính khi khơng có cánh đi ngang.
Với sự thay đổi khoảng cách của hai cánh, hệ số lực cản của cánh chính cũng có thay đổi nhưng không nhiều (giảm nhẹ ở hai vị trí khoảng cách gần, sau đó gần như khơng đổi ở ba vị trí khoảng cách xa). Đồ thị biến đổi của hệ số lực cản và hệ số lực nâng của cánh chính theo khoảng cách hai cánh được trình bày trên hình 4.7. Kết quả trên hình 4.7 cũng cho thấy, chất lượng khí động (C /L CD) của cánh chính của trường hợp khoảng cách hai cánh nhỏ là không tốt. Giá trị cụ thể của các hệ số lực nâng, lực cản của cánh chính và cánh đi ngang phụ thuộc vào khoảng cách giữa cánh chính và cánh đi ngang được cho trong bảng 4.7.
Hình 4.6. Hệ số lực nâng của cánh chính phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai cánh (Cánh chính: N4412,W 0 , C=1m, W 6; Cánh đuôi ngang:
N0012, H 0, c=0.6C, H 4; U=16m/s) 150 200 250 300 350 0.28 0.29 0.3 0.31 0.32
Khoang cach hai canh L(mm)
C L c a n h c h in h Canhduoi N0012 =0o (canhchinh N4412 =0o) C
L-W co canh duoi ngang C
MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG SỐ
Bảng 4.7. Hệ số lực khí động của cánh đi ngang và cánh chính với L thay đổi
Cánh chính: N4412,W 0 , C=1m, W 6 Cánh đuôi ngang: N0012, H 0, c=0.6C, H 4; U=16m/s Trường hợp CL_ N0012 CD_ N0012 CL_ N4412 CD_ N4412 L = 1.25 C -0.09378 0.0201 0.2797 0.0206 L = 1.50 C -0.10160 0.0188 0.2960 0.0219 L = 2.00 C -0.09854 0.0186 0.3071 0.0226 L = 2.85 C -0.09076 0.0077 0.3130 0.0227 L = 3.70 C -0.08998 0.0026 0.3148 0.0227
Kết quả trên bảng 4.7 cho thấy, hệ số lực nâng của cánh đi ngang có giá trị âm và giá trị tuyệt đối giảm theo khoảng cách của hai cánh tính từ trường hợp L1.5C. Với trường hợp cánh đi ngang bố trí gần cánh chính nhất L=1.25C, kết quả nằm ngồi quy luật nói trên, và điều này có thể được lý giải là do ở vùng đầu
Hình 4.7. Hệ số lực nâng và hệ số lực cản của cánh chính phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai cánh (Cánh chính: N4412,W 0 , C=1m, W 6;
Cánh đi ngang: N0012, H 0, c=0.6C, H 4; U=16m/s) 1000 150 200 250 300 350 400 0.1 0.2 0.3 0.4
Khoang cach hai canh L(mm)
C L v a C D c a n h c h in h Canhduoi N0012 =0o (canhchinh N4412 =0o) He so C L He so C D
MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG SỐ
vết gần mép ra của cánh chính, tham số khoảng cách hai cánh chỉ là một yếu tố bên cạnh nhiều yếu tố chuyển tiếp từ lớp biên sang vết tại vùng mép ra của cánh chính gây nhiễu động trong vùng này. Hệ số lực cản của cánh đuôi ngang giảm rõ rệt khi khoảng cánh giữa hai cánh tăng. Trên hình 4.8 trình bày đồ thị giá trị tuyệt đối của hệ số lực nâng (đổi dấu âm sang dấu dương) và đồ thị hệ số lực cản của cánh đuôi ngang phụ thuộc vào khoảng cách hai cánh.
Hình 4.8. Hệ số lực nâng (-CL) và hệ số lực cản (CD) của cánh đuôi ngang phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai cánh (Cánh chính: N4412,W 0, C=1m,
6
W ; Cánh đuôi ngang: N0012, H 0, c=0.6C, H 4; U=16m/s)
150 200 250 300 350 0 0.03 0.06 0.09 0.12
Khoang cach hai canh L(mm)
-C L v a C D c a n h d u o i n g a n g Canhduoi N0012 =0o (canhchinh N4412 =0o) - C
L-H canh duoi ngang C
KẾT LUẬN
KẾT LUẬN
Cánh chính đóng vai trị tạo lực nâng cho máy bay và cánh đi ngang giữ vai trị điều khiển độ cao bay. Tương tác giữa cánh chính và cánh đi ngang về phương diện khí động lực học là cơ sở cho việc tính tốn ổn định bay theo phương dọc. Trong khuôn khổ của luận văn này, tính tốn khí động lực học tương tác cánh chính và cánh đi ngang được hạn chế trong phạm vi của chế độ bay bằng với cánh chính và cánh đi ngang đều không thực hiện chức năng điều khiển.
Luận văn thực hiện hai phương pháp nghiên cứu đó là thực nghiệm đo áp suất trên cánh đuôi ngang (với khoảng cách hai cánh thay đổi và giá trị góc tới cánh chính thay đổi) và tính tốn mơ phỏng tương tác cánh chính và cánh đuôi ngang để so sánh với kết quả thực nghiệm và mở rộng nghiên cứu cho một số trường hợp khác.
Với phương pháp thực nghiệm, luận văn đã thực hiện xây dựng một quy trình thực nghiệm đo áp suất trên cánh đi ngang trong ống khí động hở với kết quả đo có độ chính xác cao khi so sánh với kết quả tính tốn số. Các cánh mơ hình trong thí nghiệm được gia cơng với độ chính xác cao trên máy CNC. Để đảm báo tránh gây nhiễu cho dịng bao quan cánh, cánh đi ngang được gia công rỗng, trên mặt cánh khoan 10 lỗ đo áp 0.4mm và các dây dẫn áp suất từ lỗ đo áp đến áp kế được luồn tồn bộ vào trong cánh. Có thể nói, các cơng đoạn của thực nghiệm này đều rất công phu và tỉ mỉ từ việc gia công cánh, đến gá lắp cánh trong buồng thử ống khí động, cũng như quá trình thực hiện đo đạc. Thực nghiệm ở đây được tiến hành với mơ hình cánh 3D với cánh chính và cánh đuôi ngang đều được gá công xôn trên thành buồng thử ống khí động, nên việc chế tạo đồ gá và kiểm tra căn chỉnh lắp ráp cần được thực hiện theo quy trình nghiêm túc. Độ chính xác của kết quả đo còn liên quan đến việc chọn số lượng mẫu đo, và thực nghiệm ở đây đã chọn số lượng mẫu đo là 30000 lần lấy mẫu cho một kết quả đo.
KẾT LUẬN
Phương pháp tính tốn mơ phỏng số được thực hiện trên phần mềm Fluent. Sự tương tự tốt giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm đo áp suất trên cánh đi ngang đã xác nhận độ chính xác của các kết quả đo trong thực nghiệm, đồng thời cũng xác nhận tính chính xác của các thao tác khai thác sử dụng phần mềm Fluent. Trên cơ sở này, tính tốn số được mở rộng đối với các trường hợp vị trí cánh đuôi ngang thay đổi theo phương dọc và phương đứng để đánh giá ảnh hưởng của tương tác của cánh cánh chính và cánh đi ngang theo các thơng số này.
Các kết quả thực nghiệm và tính tốn mơ phỏng số thực hiện ở đây cho phép rút ra các nhận xét sau:
a. Khoảng cách của cánh chính và cánh đi ngang theo phương dọc. Đây là
thơng số có ảnh hưởng rõ rệt đến lực khí động trên cánh chính và cánh đi ngang. Cánh chính gây nên dịng dạt sau ảnh hưởng trực tiếp lên cánh đuôi ngang tạo nên một góc tới âm đối với cánh đuôi ngang. Khoảng cánh hai cánh càng gần, góc dịng dạt sau tác động lên cánh đôi ngang càng lớn. Đồng thời, sự có mặt của cánh đi ngang cũng có tác động trở lại đối với cánh chính, làm giảm lực nâng của cánh chính. Khoảng cách giữa hai cánh càng gần, lực nâng của cánh chính càng giảm. Tương tác giữa cánh chính và cánh đuôi ngang gây ảnh hưởng đối với lực cản của hai cánh ít hơn so với ảnh hưởng đối với lực nâng.
Sự thay đổi của lực nâng trên cánh đuôi ngang cũng như lực nâng trên cánh chính, dù với giá trị khơng lớn, nhưng với khoảng cách giữa hai cánh có một giá trị xác định, tạo nên sự thay đổi về cân bằng mơmen chúc ngóc (quanh trục Oy) của các lực theo phương đứng. Giá trị các lực nâng lên cánh chính và cánh đi ngang là cơ sở cho việc tính tốn ổn định dọc của máy bay. b. Vị trí của cánh đi ngang theo phương đứng. Cũng như ở nhận xét a, sự
thay đổi lực nâng trên cánh chính và cánh đi ngang gây nên do sự thay đổi vị trí tương quan giữa hai cánh, dù với giá trị khơng lớn, cũng có thể gây nên sự thay đổi khơng nhỏ về cân bằng mômen của các lực theo phương đứng.
KẾT LUẬN
Bên cạnh đó, thơng số khoảng cách độ cao H cịn đóng vai trị tạo nên giá trị mômen của các lực theo phương ngang, nghĩa là với một sự thay đổi dù khơng lớn của lực cản trên cánh chính hay lực cản trên cánh đi ngang, có thể gây sự thay đổi không nhỏ về cân bằng mômen của các lực theo phương ngang. Trên thực tế, một sự thay đổi nào đó của lực khí động có điểm đặt lệch với trục cân bằng đều tạo nên sự thay đổi cân bằng mômen đổi với điểm trung hịa. Vì vậy, vị trí của cánh đi ngang theo phương đứng được tính tốn trong phối trí chặt chẽ với vị trí bố trí của cánh chính trên thân.
c. Dạng của cánh chính, góc đặt cánh của cánh chính, dạng của cánh đi ngang, góc đặt cánh của cánh đuôi ngang. Các thông số này liên quan trực
tiếp tới giá trị lực khí động trên các cánh.
Riêng với góc đặt cánh của cánh đi ngang, góc này có thể có giá trị một góc âm hoặc góc dương nhất định phụ thuộc vào phối trí giữa cánh chính và cánh đuôi ngang nhằm đảm bảo cân bằng mômen đối với các lực theo phương đứng.
Hướng phát triển của nghiên cứu
Trên cơ sở các kết quả của luận văn đã được thực hiện, có thể mở rộng nghiên cứu theo các hướng sau:
- Tương tác cánh chính và cánh đi ngang xét trên phương diện ổn định - Tương tác khí động lực học và ổn định cánh chính và cánh đi ngang trong
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hồng Thị Bích Ngọc (2012), Máy thủy khí cánh dẫn, NXB khoa học & kỹ
thuật.
[2] Anderson, Jr. (2000), Introduction to Flight, 4th edition, McGraw-Hill,
Singapore.
[3] McCormick, B.W. (1995) , Aerodynamics, aeronautics, and flight mechanics, 2nd edition, John Wiley & Sons,Inc, USA.
[4] Nelson, R.C. (1997), Flight stability and Automatic control, McGraw-Hill, Hardcover.
[5] Riegels, F.W. (1961), Aerofoil sections, Results from wind-tunnel
investigations theoretical foundations, Butterworths, London.
[6] Schlichting H., Truckenbrodt E.A. (1979), Aerodynamics of the airplane,