Cánh được coi là vật thể có hình dạng mỏng do chiều dày cánh nhỏ hơn nhiều so với dây cung và sải cánh. Cánh máy bay thường được làm rỗng bên trong nên chiều dày vỏ cánh còn nhỏ hơn rất nhiều so với dây cung và sải cánh. Vì vậy, tính tốn đàn hồi cánh ở đây đặt vấn đề giải theo mơ hình 3D suy biến với chiều suy biến là phương của chiều dày vỏ cánh. Từ đó, với mỗi nút trong phần tử rời rạc, số bậc tự do được suy biến từ 6 thành 5 bậc tự do. Bài toán cánh được giải theo phương pháp phần tử hữu hạn với các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thiết lập theo nguyên lý thế năng tồn phần cực tiểu. Phương pháp tính tốn này được ứng dụng nhiều trong các bài toán biến dạng đàn hồi.
11
Hình 1.5. Kết cấu cánh trong bài toán biến dạng đàn hồi
Với đặc điểm cánh cần đảm bảo độ cứng vững kết cấu cao dưới tác dụng của lực khí động phân bố ba chiều thay đổi theo giá trị và phương tới của vận tốc, tính toán biến dạng đàn hồi cánh ở đây cho thấy các bức tranh về ứng xử của kết cấu cánh (ứng suất và chuyển vị) tương ứng với sự bố trí dầm nẹp trong cánh (hình 1.5). Do tính chất phân bố tải khí động, số lượng dầm, vị trí bố trí dầm và vật liệu dầm là yếu tố cần được tính tốn kĩ lưỡng nhằm lựa chọn được phương án tối ưu đảm bảo cân đối giữa yêu cầu về tính năng và tính kinh tế trong chế tạo. Vì vậy, trên cơ sở chương trình giải bài tốn đàn hồi được kiểm chứng với một số kết quả giải tích và kết quả đã cơng bố, luận án sẽ trình bày một số kết quả ứng dụng tính tốn kết cấu cánh đứng trên góc độ cơ học vật rắn biến dạng. Từ đó đưa ra những nhận xét, kết luận về bền tĩnh của các kết cấu cánh.
Nghiệm chuyển vị của bài toán đàn hồi xác định trạng thái biến dạng đàn hồi của cánh. Tuy nhiên, cánh là một vật thể chịu lực khí động, nên trạng thái biến dạng này, ngay lúc đó, lại gây nên sự thay đổi lực khí động. Vì vậy, nghiệm chuyển vị trong tính tốn đàn hồi được đưa vào để tính tốn lại bài tốn khí động. Tính tốn liên kết giữa bài tốn đàn hồi và bài tốn khí động cần lặp cho đến hội tụ.
1.5. Kết luận chƣơng một
Cho đến nay, khoa học và công nghệ các ngành thiết bị có cánh (máy bay, các thiết bị bay khác, máy cánh dẫn…) trên thế giới ngày càng phát triển mạnh mẽ và đạt được những thành tựu kì diệu với những sản phẩm cơng nghệ của các thiết bị có cánh hết sức hiện đại và tinh tế. Con người đã được biết đến các loại thiết bị bay trên âm và siêu âm, nhưng khơng vì thế mà các loại máy bay tốc độ thấp khơng cịn tồn tại nữa. Nhu cầu cuộc sống hàng ngày vẫn ln địi hỏi các loại máy bay tốc độ thấp đáp ứng tầm bay không quá lớn, trần bay không quá cao. Trong dải vận tốc thấp này, phương pháp kì dị cho thấy sự ưu việt về tính kinh tế. Ở các trung tâm tính tốn hiện đại, phương pháp kì dị vẫn được ứng dụng và phát triển mạnh, bên cạnh phương pháp thực nghiệm và mô phỏng từ Fluent – Ansys.
Luận án này thực hiện tính tốn khí động cánh 3D theo phương pháp kì dị lưỡng cực – nguồn cho phép xét sự có mặt của tham số chiều dày cánh. Việc lựa chọn một phương pháp kì dị tính tốn cánh 3D dịng dưới âm, không chỉ cho phép tiết kiệm bộ nhớ và thời gian chạy máy so với phương pháp giải phương trình vi phân chuyển động, mà chương trình tự xây dựng nên được kiểm chứng đảm bảo độ chính xác, cho phép sự chủ động trong thay đổi kiều kiện tính tốn, tự tạo ra khả năng tích hợp về chia lưới và xuất kết quả, cũng như khả năng nâng cấp các phiên bản mới theo thời gian sử dụng.
12