7 Đường kính lỗ đo áp suất trên cánh 0,4 mm
Để đảm bảo độ nhẵn và chống biến dạng ở các mép vào và mép ra của cánh, vật liệu gia công cánh được chọn là hợp kim nhôm, và được gia công trên máy phay CNC. Các lỗ đo áp suất trên cánh được gia công bằng máy xung điện. Cả hai loại máy công cụ này đều được điều khiển theo nguyên lý kỹ thuật số nên độ chính xác gia cơng cao. Tuy nhiên, quy trình cơng nghệ gia cơng cũng rất phức tạp và địi hỏi nhiều cơng phu, cẩn trọng.
Sơ đồ đục các lỗ đo áp trên hai lọai cánh với profil Naca 0012 và Naca 4412 được trình bày trên hình 3.6.
29 5 5 5 6 7 8 10 12 13 14 18 ,2 3 1,77 2 8 10 15 15 20 30 40 40 40 40 350 Ø0,4 2 8 10 15 15 20 30 40 40 40 40 350 6 6 8 8 8 10 12 12 12 16 ,5 1,5 Ø0,4
Hình 3.6. Sơ đồ đục lỗ trên mơ hình cánh thí nghiệm (profil Naca 0012 và Naca 4412)
3.1.4. Lấy chuẩn đo
Lấy chuẩn là một yêu cầu đối với bất kỳ một phép đo nào. Trong thí nghiệm này cần thực hiện lấy chuẩn với các thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo.
Với các thiết bị thí nghiệm cần thiết phải kiểm tra chuẩn đối với việc gá đặt cánh đảm bảo đường mép vào, mút cánh và đường mép ra của cánh song song với mặt dưới của buồng thử ống khí động để đảm bảo chuẩn về góc tới và góc nhị diện của cánh. Sau đó lấy chuẩn vận tốc dịng tự do và chuẩn khơng của áp kế kỹ thuật số. Lấy chuẩn về góc tới được thực hiện nhờ một bảng chia độ có mũi kim chỉ gắn chặt với cánh (hình 3.4). Lấy chuẩn vận tốc dòng tự do về giá trị và trường phân bố đều của vận tốc trong buồng thử của ống khí động được thực hiện nhờ thiết bị đo vận tốc Pitot di chuyển được trong buổng thử.
Thao tác lấy chuẩn không đối với áp kế kỹ thuật số DM 3501 được thực hiện theo quy trình của hãng sản xuất: bật thiết bị đo, kết nối với máy tính, cài đặt thơng số đo cần thiết trong phần mềm và việc lấy chuẩn không của áp kế cần kết nối phần nhận tín hiệu của áp kế với ống Pitot. Khi vận tốc trong ống khí động bằng không (chưa khởi động ống khí động), hai đường dẫn áp suất tổng và áp suất tĩnh của ống Pitot được nối với hai đầu chờ của áp kế (High and Low). Do vận tốc dịng khí trong ống khí động bằng khơng nên áp suất của hai nhánh ống Pitot cân bằng nhau
t i n h t o n g
Δ p = p -p 0, lúc này điều chỉnh chuẩn khơng cho áp kế (hình 3.7). Như vậy, áp suất đọc được trên áp kế là hiệu của áp suất tĩnh
30
Hình 3.7. Lấy chuẩn khơng cho áp kế và giá trị hiển thị áp suất trên máy tính
trên mặt cánh và áp suất tĩnh ở vơ cùng. Trên hình 3.7, phía bên trái là màn hình của áp kế chỉnh về “khơng” , và phía bên phải là giá trị “khơng” theo thời gian trên màn hình máy tính kết nối để xử lý số liệu thí nghiệm.
3.1.5. Xử lý kết quả đo
Như trên đã đề cập, để kể tới ảnh hưởng của các nhiễu động theo thời gian tới kết quả đo, cần phải chọn số lần đo đủ lớn, và ở thực nghiệm này, số lần đo chọn cho một điểm đo là 30000 lần. Thời gian giữa hai lần đo liên tiếp là 1ms. Giá trị áp suất đo được Δ pd o là trung bình của 30000 giá trị Δ p mà áp kế nhận được và đưa vào máy tính để xử lý:
3 0 0 0 0d o i d o i 1 p p / 3 0 0 0 0 i (3.1) Giá trị trung bình của 30.000 kết quả
31
Xét một ví dụ xử lý kết quả đo cho trường hợp cánh với profil Naca 0012 và góc tới 0 độ. Đây là trường hợp đối xứng cả về hình học và động học, nên kết quả giống nhau của áp suất đo trên lưng và bụng cánh cũng là một sự kiểm chứng về độ chính xác. Các thơng số tham chiếu được khai báo trong máy tính là áp suất khí quyển: 2
0
p 1 0 1 3 2 5 N/m ; nhiệt độ phòng: o độ phòng: o
T30 C303K; hằng số chất khí: R 288 7 J kgK, / ; khối lượng riêng xác
định theo: 3
0
p /R T 1 1 6 k g, /m
; áp suất động tính theo cơng thức: 2 dong
p V /2
(với V 1 6 0 1m, /s thì 2 dong
p 148 67 N, /m ). Phần mềm xử lý kết quả đo được cài trên máy tính cho phép hiển thị đồ thị kết quả của 30000 lần đo (cho một điểm đo) với giá trị hiệu điện thế (mV) theo thời gian, và cho phép xuất 30000 giá trị độ chênh áp suất pi lưu trữ vào bảng Excel như được thấy trên hình 3.8.
Trên hình 3.9 là ảnh chụp từ màn hình máy tính kết quả đo áp tại bốn lỗ 3, 4, 5, 6 của hàng lỗ sát gốc cánh. Vị trí bốn lỗ này được thể hiện trên hình 3.10. Kết quả hệ số áp suất
p
C của 4 lỗ này (và các lỗ trên mặt lưng) được thể hiện trên hình 3.11. Hệ số Cp tính theo: d o p 1 2 1 2 2 2 p p p C V V (3.2)
Hình 3.10. Vị trí lỗ trên profil Hình 3.11. Cp trên 10 lỗ phía lưng profil gốc
Hình 3.9. Kết quả đo hiển thị trên màn hình máy tính tại của các lỗ 3, 4, 5, 6
Lỗ 5: p-p∞= -47.45 (Pa) p-p∞= -42.41 (Pa) Lỗ 6: Lỗ 4: p-p∞= -51.97 (Pa) Lỗ 3: p-p∞= -58.44 (Pa)
32
3.2. Kết quả thực nghiệm
3.2.1. Thí nghiệm xác định hiệu ứng thành
Cánh thử nghiệm được ngàm phần gốc cánh vào thành buồng thử ống khí động, như vậy, cả hai đầu mút cánh và gốc cánh đều chịu ảnh hưởng của các kiểu hiệu ứng thành, cần có các xử lý riêng biệt.
Phía đầu mút cánh cần để một khoảng không gian đủ lớn để hiện tượng xoáy mút cánh tạo nên do độ chênh áp suất từ phía bụng và lưng cánh được hình thành một cách tự nhiên không bị ngăn lại bởi ảnh hưởng của thành bên. Với chiều rộng buồng thử là 400mm, dây cung lớn nhất có thể xác định cho profil cánh là 100mm. Khoảng khơng gian nhỏ nhất phía mút cánh được 100mm cho trường hợp thí nghiệm cánh có sải dài nhất. Trong các trường hợp thí nghiệm sải cánh ngắn hơn, khoảng không gian cách mút cánh với thành buồng thử ống khí động Lc a c h m u t 1 0 0 m m (ảnh chụp hình 3.12a). Cánh gá vào buồng thử, trước và sau khi vít hãm ngàm gốc cánh cần được kiểm tra độ song song của cánh với mặt đáy buồng thử - rà vòng quanh mép vào, mút cánh và mép ra (ảnh chụp hình 3.12b).
Phía gốc cánh ngàm vào thành buồng thử chịu tương tác giữa lớp biên trên thành buồng thử và lớp biên trên mặt cánh, vì vậy cần phải trừ khoảng cách ảnh hưởng này khi xét vị trí tiết diện gốc cánh. Miền nhiễu do tương tác này bị chi phối rất mạnh khi lớp biên trên cánh bị tách thành (xảy ra ở phía lưng cánh khi góc tới dương). Ở đây thực hiện một số thí nghiệm quan sát hiệu ứng thành trên lưng cánh với góc tới từ 0o đến 15o. Thí nghiệm này được thực hiện bằng cách dán các sợi chỉ tơ (mềm, mảnh) lên mặt cánh. Khi tạo vận tốc dịng khí trong ống khí động, các sợi chỉ này thẳng, bị xô đi mạnh hay yếu phụ thuộc vào tương tác của lớp biên trên thành buồng thử và lớp biên trên mặt cánh. Hình 3.13 là ảnh chụp các sợi chỉ tơ bị xô trên mặt lưng cánh profil Naca 4412 với góc tới 15o. Các sợi chỉ tơ được đặt cách nhau 10mm theo phương sải cánh, và 5 hàng theo phương profil. Có thể quan sát thấy, hàng chỉ đầu tiên gần mép vào các sợi chỉ hầu như không bị xô, chỉ trừ một sợi sát thành buồng thử bị nghiêng nhẹ. Điều này là hợp lý vì lớp biên trên mặt cánh gần mép vào mới bắt đầu hình thành. Với hàng chỉ tơ thứ 5 gần mép ra, kể từ thành buồng thử ra, 9 sợi chỉ đã bị xô mạnh, như vậy hiệu ứng thành đã rộng ra đến 9cm. Hiện tượng này
Hình 3.12. a) Khoảng khơng giữa mút cánh và thành buồng thử;