CHƯƠNG 1. KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH MÔ HÌNH BUỒNG LẠNH
1.2 Buồng lạnh trong thực tế và yếu tố nhiệt độ
1.2.2 Yếu tố nhiệt độ và nội dung nghiên cứu của luận văn
Trong một số yếu tố biến thiên, nhiệt độ luôn đóng một vai trò quan trọng và có tác động to lớn tới độ ổn định cũng như hiệu suất hoạt động của linh kiện trang thiết bị trên UAV. Việc “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo buồng lạnh chuyên dụng để kiểm tra các chi tiết và vật liệu được sử dụng trên UAV” nhằm mục đích hoàn thiện thiết bị có khả năng giả lập lại điều kiện giảm nhiệt độ ở môi trường khi vật thể bay tăng độ cao.
Với những ứng dụng trải rộng trên nhiều lĩnh vực của UAV, công trình này sẽ đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu và phát triển máy bay không người lái.
Nhưng chính xác thì cần đưa ra một vài con số cụ thể để trả lời hai câu hỏi sau:
- Nhiệt độ cần hạ xuống là bao nhiêu?
- Thời gian để hạ xuống nhiệt độ ấy là bao lâu?
Đối với câu hỏi đầu tiên, thực tế máy bay thương mại thì thường hoạt động ở độ cao trên 10000m để tránh các tác động của môi trường cũng như va chạm với vật thể lạ, ngoài ra phi công còn có thể kịp xử lí tình huống nếu sự cố xảy ra.
- Độ cao kỷ lục một máy bay phản lực đạt được là 37.648 m, do Alexandr Fedotov lập năm 1997 trên một chiếc MiG-25M. Độ cao kỷ lục của một chiếc máy bay giấy là 27.307 m (được thả từ bóng helium). [10]
- Còn UAV thì tùy vào mục đích sử dụng và thiết kế trong tầm bay nhất định, thường là xung quanh 1000-3000m, mở rộng tới 5000m. Ngoài ra điều này còn phụ thuộc vào giới hạn độ cao bay ở từng quốc gia và khu vực.
Hình 1.10 Độ cao hoạt động của một số loại máy bay [9]
12 Theo lí thuyết, nhiệt độ của khí quyển Trái Đất biến đổi theo độ cao so với mực nước biển. Ở đây chỉ xét tới tầng đối lưu, là từ bề mặt Trái Đất tới độ cao 16 km, riêng hai vùng cực là 7–10 km. Phụ thuộc vào vĩ độ và các yếu tố thời tiết, nhiệt độ giảm dần theo độ cao, mỗi 100 m nhiệt độ giảm 0,6°C. [10]
Mùa đông năm 2018, một phi công người Nga đã điều khiển cho chiếc máy bay mô hình lên tới độ cao hơn 10km. Quy định về UAV tại Nga không có giới hạn về độ cao tối đa, điều này khác với nhiều nước khác. Tuy nhận lại nhiều chỉ trích về an toàn hàng không do những khả năng rủi ro va chạm với may bay thương mại, đây vẫn có thể được xem là một kỉ lục đối với UAV. Chuyến bay đã kéo dài 25 phút và độ cao tối đa đạt được là 10200m, với vận tốc lên độ cao trung bình khoảng 10m/s. [11]
Dựa theo thông số ghi lại từ thực nghiệm đó, bảng sau được lập ra như một tham chiếu thực tế về mối liên hệ giữa độ cao và nhiệt độ. Lưu ý rằng nhiệt độ tại điểm cất cánh đã rất lạnh, 0oC từ lúc bắt đầu, và sau khi chuyến bay kết thúc thì ở khoảng -10oC.
Bảng 1.4 Tham chiếu thực tế mối liên hệ giữa độ cao và nhiệt độ [12]
STT Thời gian (phút, giây) Độ cao (m) Nhiệt độ (oC)
1 0’ 0” 0 0
2 0’12” 100 -1
3 0’ 20” 200 -3
4 0’ 45” 500 -9
5 1’ 22” 1000 -13
6 1’ 57” 1500 -17
7 2’ 30” 2000 -20
8 3’ 04” 2500 -24
9 3’ 39” 3000 -25
10 4’ 14” 3500 -26
11 5’ 15” 4300 -30
12 6’ 30” 5200 -32
13 7’ 30” 6000 -35
14 8’ 30” 6600 -40
15 9’ 45” 7400 -45
16 10’ 20” 7700 -47
17 11’ 20” 8200 -50
18 13’ 30” 9100 -50
19 15’ 20” 9900 -48
20 17’ 17” 10200 -48
13 Hình 1.11 Hình ảnh UAV bay tại độ cao 8200m [12]
Một số hình ảnh được ghi lại cũng cho thấy khó khăn khi điều khiển thiết bị bay tại điều kiện môi trường như vậy. Bản thân người thực hiện luận văn cũng đã có cơ hội được đi cùng đoàn làm phim triển khai cảnh quay flycam tại tượng Phật A Di Đà trên đỉnh Fanxipan, nơi có độ cao hơn 3000m và nhiệt độ dao động khoảng dưới 10oC. Dù đây là chiếc Matrice M600 giá thành lên tới cả trăm triệu đồng, thực sự vẫn có rất nhiều vấn đề xảy ra khi nhiệt độ xuống quá thấp, chưa kể tới điều kiện môi trường ở tầng cao thay đổi nhanh chóng và bất ngờ. Một số công đoạn phát sinh có thể kể đến như là phải thay hệ thống cánh quạt thiết kế riêng cho độ cao bay trên 2500m, rồi tới bảo quản ủ ấm pin cũng như trang thiết bị để chúng vận hành hiệu quả nhất (nếu không sẽ có cảnh báo nguy hiểm không cho phép bay).
Hình 1.12 Hiệu chỉnh và bay flycam tại độ cao hơn 3000m
14 Còn trong một chuyến bay Hà Nội - Hồ Chí Minh gần đây (Tháng 7/2020, nhiệt độ ở mặt đất 29oC), người thực hiện cũng đã theo dõi thông số nhiệt độ biến thiên theo độ cao và có ghi lại một số kết quả như hình dưới đây. Trong tham chiếu thực tế này, nhiệt độ giảm chậm tới -20oC ở khoảng độ cao 8000m và tiến nhanh xuống -50oC ở hơn 12000m, cũng là độ cao bay ổn định suốt chuyến hành trình.
Hình 1.13 Tham chiếu thực tế về giới hạn nhiệt độ tại Việt Nam
Trên những cơ sở đó, nội dung nghiên cứu của luận văn hay đối tượng chính buồng lạnh cần đạt được mức độ giảm nhiệt xuống cỡ từ -20oC tới -50oC trong thời gian khoảng 10 phút. Đặc biệt nên có cơ chế điều tiết tốc độ giảm nhiệt để đáp ứng được nhiều bài toán thử nghiệm trong những môi trường khác nhau.
Khi đã xác định được đối tượng chính của đề tài, việc triển khai các bước sẽ theo một lộ trình rõ ràng và bám sát vào khung sườn cụ thể của kế hoạch thực hiện. Nội dung tiếp tục của luận văn sau đây trình bày những cơ sở lí thuyết chính, phân tích những kết quả đã đạt được, định hướng chi tiết về sản phẩm buồng lạnh dự định thiết kế chế tạo.