Phần này ta sử dụng Gambit và fluent để tính toán cho các giá trị của Profil trong các trường hợp. Trường hợp : - Naca 4412. - Có c=1m. - Với tỷ lệ: b/c = 1; 2; 3; 4; 5. - Góc tới = 0o; 4o; 8o; 12o; 16o; 20o. - v = 10m/s 4.2. Kết quả tính toán: Với Naca 4412: Giá trị lực nâng Cl: Cl 1 2 3 4 5 0 0.2485563 0.580666 0.922603 1.268147 1.617313 4 0.4740424 1.125647 1.80346 2.488386 3.180568 8 0.6872121 1.288709 2.611784 3.610189 4.61571 12 0.9085143 2.137845 3.417083 4.716262 6.028366 16 1.1128584 2.582336 4.113982 6.046983 8.624802 20 1.3098924 3.0125881 4.779056 6.5750211 8.3833513
Hình 4. 1. Biểu đồ lực nâng cánh profil 3d 4412
Nhận xét: Qua biểu đồ, ta có thể nhận thấy được các đặc tính sau:
- Giá trị lực nâng tăng tỷ lệ thuận với góc tới.
- Khi chiều dài sải cánh tăng thì hệ số lực nâng tăng theo. Giá trị Lực Cản Cd: Cd 1 2 3 4 5 0 0.0266848 0.05195 0.077072 0.102195 0.127186 4 0.0465027 0.094878 0.143157 0.191509 0.239768 8 0.0835901 0.168931 0.267446 0.360176 0.45317 12 0.1406694 0.297878 0.457081 0.616838 0.777412 16 0.2141288 0.454453 0.698672 0.958902 1.181981 20 0.3099643 0.662316 1.023949 1.390302 1.758898
Hình 4. 2. Biểu đồ lực cản cánh profil 3d 4412
Nhận xét: Với biểu đồ ta có thể nhận thấy:
- Giá trị lực cản tăng tỷ lệ thuận với góc tới.
- Độ sải cánh càng tăng thì lực cản càng tăng.
Qua nhận xét về biểu đồ lực nâng và lực cản ta vẫn chưa rút ra được sự tối ưu khi sử dụng profil. Vì vậy , ta xét thêm một biểu đồ của tỷ lệ khí động.
Biểu đồ Cl/Cd:
Nhận xét: Qua quá trình mô phỏng cho cánh profil 4412 trong các trường hợp. từ trên đồ thị ta có được hai nhận xét:
- Khi góc va = 4o thì tỷ số Cl/Cd đạt cực đại.
- Khi b/c tang, sự chênh lệch về tỷ số lực nâng trên lực cản Cl/Cd giảm. Với nhận xét đầu, ta nếu sử dụng cánh profil 4412, nên đặt góc tới tại 4 độ sẽ hiệu quả hơn với tỷ lệ lực khí động. với nhận xét thứ 2, độ sải cánh b/c >3 sự thay đổi rất nhỏ về tỷ lệ khí động, để hiệu quả kinh tế ta nên sử dụng độ sải cánh b/c=3.
Chƣơng 5. Ứng dụng của cánh đã tính toán
Có rất nhiều ứng dụng với cánh mã ta đã tính toán ở trên, nhưng tôi xin đưa ra hai vĩ dụ điển hình là ứng dụng cho cánh máy bay và ứng dụng cho cánh quạt của tuabin gió.
5.1. Ứng dụng cho máy bay.
Với máy bay thì cánh là một bộ phận không thể thiếu được để tạo lực nâng cho máy bay muốn bay được. Yêu cầu ở đây chính là khi vận tốc máy bay không thay đổi, ta phải tìm ra cách thiết kế cánh để đạt được lực nâng lớn nhất và lực cản nhỏ nhất, hay là hiệu suất lực khí động là cực đại.
Trong phần tổng kết của chương III, ta đã tìm ra được với loại cánh có biên dạng Naca 4412 thì hiệu suất lực khí động đạt cực đại khi cánh có góc tới 4 độ và tỷ số độ dài là 3.
Với loại biên dạng cánh Naca 4412 thì được sử dụng với máy bay Orličan VT-425 trong những năm 1955.
Hình 5. 1. Máy bay Orličan VT-425
Cánh được thiết kế với biên dạng Naca 0012 được sử dụng cho máy bay Zlin Z-50L của những năm 1975 dùng trong mục đích huấn luyện nhào lộn trên không. Tốc độ bay: 240 km / h; tốc độ tối đa đạt tới 300 km/h; Trọng lượng 600 kg và với bình xăng 60 lít máy bay Zlin Z-50L có thể bay trong vòng 200 km.
Hình 5. 2. Máy bay Zlin Z-50L
5.2. Ứng dụng cho tuabin gió
Trong tuabin gió thì nghiên cứu trong báo cáo này tiên ích hơn với tuabin gió trục đứng, còn các loại tuabin gió khác rất khó sử dụng kết luận này. Vì trong các loại tuabin gió khác thì vận tốc đầu vào thay đổi với vị chí của tỷ lệ cánh khác nhau. Trong tuabin gió trục đứng thì ta thường dùng loại cánh có biên dạng Naca 4412. Nhưng nếu muốn khảo sát về lực khí động tác đụng nên tuabin gió khi đang hoạt động thì chúng ta vẫn ưu tiên cho nghiên cứu cánh với biên dạng Naca 0012.
KẾT LUẬN
Qua 7 tuần làm việc, với công cụ thiết kế mô hình, chia lưới trong Gambit và mô phỏng với fluent. Em đã có thể lấy được hệ số áp suất tại mọi điểm trên bề mặt Profil, nhờ đó mà tính được lực nâng Cl, lực cản Cd và tỷ số khí động Cl/Cd.
Từ kết quả tính toán tỷ số khí động Cl/Cd ta có thể lấy được tỷ lệ Cl/Cd max, như với cánh Profil 4412 thì giá trị mã khi góc va = 4o, và tỷ lệ sải cánh tối ưu =3. Nhờ kết quả này mà sự làm việc của Profil sẽ hiệu quả hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. AER 303F Aerospace Laboratory I Aerodynamic Forces on an Airfoil
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Lifting-line_theory (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3. http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/dragco.html
4. http://my.fit.edu/itresources/manuals/
5. Wind energy engineering, Pramod Jain,Ph.D. (2011)
6. Wind energy renewable energy and the environment,Vaughn Nelson (2009) 7. Ứng dụng cánh cho máy bay http://airfoils.webpark.cz/gallery/gallery.html