Kết quả giải tích về góc dịng dạt sau cánh chính

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ SỐ

4.2. Tính tốn mơ phỏng với trường hợp cánh đi ngang bố trí gần cánh chính –

4.2.1. Kết quả giải tích về góc dịng dạt sau cánh chính

Tính tốn bằng phương pháp giải tích góc dịng dạt sau cánh chính áp dụng cho mơ hình cánh có các thơng số được cho trong bảng 4.3.

Bảng 4.3. Các thơng số cánh trong tính tốn giải tích

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  6

4 Góc đặt cánh chính i W 0o

5 Góc đặt cánh đi ngang i H 0o

Góc tới thực tế của cánh đi ngang tail xét tới ảnh hưởng của dòng dạt sau (từ cánh chính) được tính tốn theo cơng thức (2.7):

H W

W

tail   i  i

 ( )

Với Wlà góc tới của cánh chính và i`W là góc đặt cánh chính, trong điều kiện bay bằng thơng thường, hai góc này bằng nhau (bằng 0o trong trường hợp tính tốn ở đây). Góc đặt cánh đi ngang i trong trường hợp tính tốn này bằng 0T o, nên góc tới thực tế đối với cánh đi ngang tail chỉ phụ thuộc vào góc của dịng dạt sau :

 tail 

Theo cơng thức (2.9), góc của dịng dạt sau được tính:

W d d       0

MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG SỐ

Góc của dịng dạt sau phụ thuộc vào ba yếu tố: góc tới cánh chính (W), góc của dịng dạt sau khi góc tới cánh chính bằng khơng (0 ) và độ thay đổi góc của dịng dạt sau theo góc tới (

 

d d

). Cơng thức tính tốn chi tiết từng thành phần được

trình bày trong chương 2: L W

W 2C d d      , W LW C     0 2  0 .

Thay số đối với trường hợp tính toán ở đây:

W L C        0 2  0 , W 6, W L 0

C  0.315 (kết quả tính tốn mơ phỏng đối với cánh chữ nhật profile Naca 4412, sải cánh tương đối W 6, góc tới 0o), suy ra:

0 2 0.315 0.033 (rad) 3.14 6      Đổi sang độ: 0 0.033 180 1.89 3.14     

Góc tới cánh đi ngang do ảnh hưởng dòng tạt sau của cánh chính trong trường hợp này là:

tail 0 1.89

     

Một số nhận xét về phương pháp giải tích:

Phương pháp giải tích tính góc tới cánh đi ngang gây nên do dịng dạt sau cánh chính khơng xét đến một số yếu tố sau:

- Khoảng cách giữa cánh đi và cánh chính (theo phương ngang). - Vị trí bố trí cánh đi ngang so với cánh chính theo phương đứng.

Phần tiếp theo sẽ thực hiện tính tốn mơ phỏng để so sánh với kết quả tính tốn theo phương pháp giải tích. Tuy nhiên với phương pháp tính tốn mơ phỏng, các thơng số khơng có mặt trong phương pháp giải tích nói trên cần thiết phải có mặt trong phương pháp tính tốn số, và đó là các điều kiện thiết lập bài tốn số.

MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG SỐ

4.2.2. Tính tốn mơ phỏng trường hợp cánh đi ngang bố trí gần cánh chính

Với các giả thiết của phương pháp giải tích nói trên, cơng thức tính tốn góc tới cánh đi ngang do ảnh hưởng dòng dạt sau của cánh chính sẽ tương ứng với trường hợp cánh đi ngang bố trí ngay sát cánh chính.

Trong phương pháp tính tốn mơ phỏng, cánh đi ngang cần có một khoảng nhất định so với cánh chính (điểm này cũng tạo nên kết quả khác biệt so với phương pháp giải tích). Các thơng số đối với hệ thống cánh chính và cánh đi ngang ứng dụng phương pháp tính tốn số được cho trong bảng 4.4.

Bảng 4.4. Các thơng số cánh trong tính tốn mơ phỏng

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  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  4

9 Khoảng cách hai cánh L 1.25C

10 Vận tốc dịng vơ cùng U 16 m/s

11 Vị trí độ cao cánh đi ngang so với cánh chính

a. Cao, H 0.01C b. Ngang, H 0 c. Thấp, H - 0.01C

MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

So với mơ hình cánh tính tốn theo phương pháp giả tích (bảng 4.3), mơ hình cánh tính tốn theo phương pháp mơ phỏng số (bảng 4.4) có thêm 6 thơng số ở vị trí cuối bảng 4.4 mơ tả cụ thể hơn các điều kiện hình học và động học của bài tốn.

Trên hình 4.4 trình bày kết quả tính tốn mơ phỏng trường phân bố vận tốc trên mặt gốc cánh đối với ba trường hợp cánh đi ngang bố trí cao hơn, cùng độ cao và thấp hơn so với cánh chính. Kết quả trên hình cho thấy sự khác nhau của vùng vết phía sau mép ra cánh chính tới mép vào cánh đi ngang đối với ba trường hợp. Phân tích về định lượng của vùng tương tác này cần được trình bày trên các hình phóng to hơn trong phần tiếp theo (hình 4.5).

Hình 4.4. Trường vận tốc trên mặt gốc cánh với H=0.01C, H=0, H=-0.01C (Cánh chính: N4412, =0o, C=1m, =6; Cánh đuôi ngang: N0012, =0o,

MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG SỐ

Hình 4.5 trình bày đường trục vết (đường vận tốc cực tiểu) của vết khí động sau cánh chính trên mặt gốc cánh trong trường hợp không có cánh đi ngang và đường vận tốc cực tiểu trong vùng vết của cánh chính của ba trường hợp cánh đuôi ngang bố trí cao hơn cánh chính, cùng độ cao với cánh chính và thấp hơn cánh chính. So sánh kết quả trên hình 4.5 có thể rút ra một số nhận xét sau:

- Đường trục vết (đường vận tốc cực tiểu) sau cánh chính khi khơng có cánh đi ngang là một đường đi xuống và khơng tuyến tính.

- Tại vị trí cách mép ra của cánh chính là 0.25C (là vị trí sẽ đặt cánh đi ngang), chiều vận tốc vẫn nghiêng xuống nhưng vận tốc cực tiểu trên trục vết đã có giá trị gần bằng vận tốc trên biên vết. Vì vậy, giá trị vận tốc lõm trong vết sau cánh chính sẽ ảnh hưởng khơng nhiều tới cánh đi ngang đặt tại vị trí cách mép ra cánh chính LW 0.

- Khi bố trí cánh đi ngang nằm trong vùng vết của cánh chính, trường phân bố vận tốc trong vết bị nhiễu. Đường vận tốc cực tiểu trong vết sau cánh chính lệch so với đường trục vết khí khơng có cánh đi ngang.

- Trong ba trường hợp b, c, d xét trên hình 4.5, đường vận tốc cực tiểu khác rõ rệt so với đường trục vết khi khơng có cánh đi ngang bắt đầu từ khoảng cách 0.15C tính từ mép ra cánh chính. Điểm dừng của vận tốc tại mép vào cánh đuôi ngang khơng chỉ phụ thuộc vào vị trí bố trí theo phương đứng mà cịn phụ thuộc nhiều vào biên dạng mép vào của cánh đi ngang và góc đặt cánh của cánh đi ngang. Vị trí điểm dừng này ảnh hưởng đến quy luật phân bố áp suất trên cánh. Điều này lý giải vì sao hệ số lực nâng trên cánh đuôi ngang sinh ra do dòng dạt sau của cánh chính đối với ba trường hợp cánh đi ngang bố trí cao hơn cánh chính (b), cánh đi ngang bố trí cùng độ cao với cánh chính (c) và cánh đi ngang bố trí thấp hơn cánh chính (d) đều có giá trị âm nhưng độ sai lệch về giá trị là không có quy luật xác định khi thay đổi vị trí cánh đi ngang theo phương đứng (kết quả về hệ số lực

MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG SỐ

Hình 4.5. Đường vận tốc cực tiểu trong vết sau cánh chính khi khơng có cánh

đi ngang và cánh đi ngang ở ba vị trí H=0.01C, H=0, H=-0.01C

Đường trục vết sau cánh chính (khơng có cánh đi ngang)

LW = 0.25C Mép ra

cánh chính

a)

Đường vận tốc cực tiểu trong vết (cánh đuôi ngang đặt cao hơn H=0.01C)

CÁNH ĐUÔI

Mép ra cánh chính

b)

Đường vận tốc cực tiểu trong vết (cánh đi ngang đặt ngang H=0)

CÁNH ĐI

Mép ra cánh chính

c)

Đường vận tốc cực tiểu trong vết (cánh đi ngang đặt thấp hơn H=-0.01C)

CÁNH ĐI

Mép ra cánh chính

MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG SỐ

Bảng 4.5 trình bày các kết quả tính tốn hệ số lực trên cánh đi ngang và cánh chính với các trường hợp vận tốc dịng tự do U = 16m/s và U = 90m/s. Có thể thấy các hệ số lực (lực nâng, lực cản) trên cánh đuôi ngang và cánh chính có khác nhau (với giá trị không lớn) ở các vị trí khác nhau theo phương đứng (cao, ngang, thấp). Ở hai giá trị khác nhau của vận tốc dòng tự do, U = 16m/s và U = 90m/s, các hệ số lực khí động khơng thứ ngun thay đổi khơng nhiều (do các vận tốc này đều tương ứng với dịng khơng nén có số Mach nhỏ hơn 0.3). Tuy nhiên, cũng cần lưu ý là vị trí bố trí cánh đi ngang theo phương đứng của các trường hợp xét ở đây nằm trong giới hạn nhất định và vẫn trong vùng ảnh hưởng của vết khí động sau cánh chính. Nếu cánh đi ngang bố trí quá cao hoặc quá thấp so với cánh chính, để cánh đi ngang khơng cịn nằm trong vùng ảnh hưởng của vết sau cánh chính thì dịng tới cánh đi ngang giống như dòng tới của chuyển động vô cùng khơng bị kích động. Bài tốn khí động cánh đi ngang lúc đó có dạng của một bài tốn dịng qua cánh đơn.

Bảng 4.5. Hệ số lực khí động của cánh đi ngang và cánh chính với L=1.25C

Cánh chính: N4412, =0o, C=1m, =6; Cánh đi ngang: N0012, =0o, c=0.6C, =4; khoảng cách hai cánh L=1.25C Trường hợp CL cánh đi CD cánh đi CL cánh chính CD cánh chính U = 16m/s

Cao (b) -0.10300 1.9568e-2 0.27915 1.999e-2 Ngang (c) -0.098500 1.923e-2 0.28010 1.9835e-2 Thấp (d) -0.10400 1.859e-2 0.28150 1.9837e-2 U =

90m/s

Cao -0.11392 1.808e-2 0.29300 1.9164e-2

Ngang -0.10724 1.801e-2 0.29569 1.9004e-2

MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

4.2.3. So sánh kết quả tính tốn mơ phỏng số và kết quả tính tốn giải tích

Các kết quả hệ số lực nâng trên cánh đi ngang tính tốn bằng phương pháp mơ phỏng số đối với 6 trường hợp được trình bày trên bảng 4.5 cho thấy các giá trị lực nâng này nằm trong khoảng ( 0.1  0.11), giá trị này tương ứng với góc tới đối với cánh đuôi ngang là khoảng -1.3o. Trong khi đó tính tốn giải tích trong phần 4.2.1 cho kết quả góc dịng tạt sau là -1.89o. Sự sai khác nhau giữa kết quả giải tích và kết quả mơ phỏng số được lý giải bởi nguyên nhân là các biểu thức tính tốn của phương pháp giải tích khơng xét đến khoảng cách giữa mép ra của cánh chính và mép vào của cánh đuôi ngang, khơng xét đến vị trí bố trí cánh đi ngang theo phương đứng và khơng xét đến hình dạng profile cánh đi ngang.

MỘT SỐ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG 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 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 L1.5C. 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