Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đặc tính khí động của cánh nâng khí cụ bay khi chuyển động gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án: Trên cơ sở phương pháp XRR phi tuyến không dừng, xây dựng mô hình số và chương trình tính toán; tổ chức thử nghiệm và sử dụng phần mềm ANSYS.CFX để xác định và kiểm chứng các kết quả tính toán đặc tính khí động của cánh KCB khi chuyển động gần mặt giới hạn có xét tới ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt ở vùng tốc độ nhỏ, dưới âm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đặc tính khí động của cánh nâng khí cụ bay khi chuyển động gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN QUỐC CƯỜNG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA CÁNH NÂNG KHÍ CỤ BAY KHI CHUYỂN ĐỘNG GẦN MẶT GIỚI HẠN CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG KHÍ SAU CÁNH QUẠT Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 62 52 01 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2017
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI: VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Lã Hải Dũng 2. GS. TSKH Nguyễn Đức Cương Phản biện 1: GS. TS Nguyễn Thế Mịch Phản biện 2: PGS. TS Trịnh Hồng Anh Phản biện 3: TS Ngô Trí Thăng Luận án được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án tiến sĩ và họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi .......giờ, ngày ....... tháng...... năm ....... Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Thư viện Quốc gia Việt Nam
1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án Đối với các loại máy bay cánh quạt, khi máy bay cất hạ cánh trên mặt đường băng bê tông (hoặc trên mặt đất nện), cũng như các loại tàu đệm khí động khi lướt và bay là trên mặt nước, do có sự tác động tương hỗ giữa mặt giới hạn (mặt đường băng, mặt nước) cùng với luồng khí thổi sau cánh quạt, đã làm thay đổi hình ảnh dòng chảy bao quanh cánh khiến cho đặc tính của cánh nói riêng và của cả khí cụ bay nói chung thay đổi, gây ảnh hưởng đến các tính năng cất hạ cánh, tính ổn định và tính điều khiển của chúng. Khái niệm về mặt giới hạn (như mặt đường băng bê tông, mặt đất nện, mặt nước…) được hiểu là mặt kết thúc của môi trường mà trong đó KCB chuyển động. Về mức độ ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt đến các đặc tính khí động của cánh tuy đã được đánh giá sơ bộ bằng các công thức thực nghiệm nhưng về cơ chế của các sự tác động tương hỗ trong tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh vẫn là những vấn đề nghiên cứu cần thiết trong lĩnh vực khí động học ứng dụng của các KCB. Mục đích nghiên cứu của luận án Trên cơ sở phương pháp XRR phi tuyến không dừng, xây dựng mô hình số và chương trình tính toán; tổ chức thử nghiệm và sử dụng phần mềm ANSYS.CFX để xác định và kiểm chứng các kết quả tính toán đặc tính khí động của cánh KCB khi chuyển động gần mặt giới hạn có xét tới ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt ở vùng tốc độ nhỏ, dưới âm. Nội dung nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu tổng quan về sự ảnh hưởng của sự tác động tương hỗ trong các trường hợp giữa mặt giới hạn với cánh, giữa cánh quạt với cánh, giữa cánh quạt và mặt giới hạn với cánh. - Xây dựng mô hình số, thuật toán và chương trình tính toán xác định các đặc tính khí động của cánh KCB, khi chuyển động gần mặt giới hạn cứng, phẳng có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt bằng phương pháp XRR phi tuyến không dừng. - Sử dụng phần mềm ANSYS.CFX và thử nghiệm mô hình tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh nâng trong ống khí động để kiểm chứng các kết quả tính toán. - Đánh giá ảnh hưởng của các tham số cánh quạt, mặt giới hạn, chế độ bay đến các đặc tính khí động của cánh KCB trong tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh nâng. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu đặc tính khí động của cánh nâng KCB, chuyển động gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt.
2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu sự tác động tương hỗ của tổ hợp giữa cánh quạt, mặt giới hạn và cánh nâng trong vùng tốc độ nhỏ dưới âm, cánh quạt thuộc loại cánh quạt kéo, đặt ở vùng mép trước cánh, mặt giới hạn là mặt cứng và phẳng. Phương pháp nghiên cứu Trên cơ sở lý thuyết khí động lực học và áp dụng phương pháp XRR phi tuyến không dừng để xác định các đặc tính khí động của cánh nâng KCB trong tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh, khi xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt ở vùng tốc độ nhỏ dưới âm. Các kết quả của phương pháp tính được kiểm chứng bằng kết quả tính của phần mềm ANSYS.CFX và kết quả thử nghiệm mô hình cánh quạt - mặt giới hạn và cánh KCB trong ống khí động. Ý nghĩa khoa học của luận án Các kết quả nghiên cứu của luận án đưa ra phương pháp, thuật toán xác định các hệ số khí động của cánh KCB khi bay gần mặt giới hạn, có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt. Mô hình số mô phỏng cho tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh nâng của KCB, cũng như thuật toán được thiết lập trong luận án đã làm sáng tỏ cơ chế của sự tác động tương hỗ trong tổ hợp đã nêu. Ý nghĩa thực tiễn của luận án Các kết quả tính toán và khảo sát các tham số ảnh hưởng của cánh quạt và mặt giới hạn là những dữ liệu có giá trị tham khảo trong việc tính toán thiết kế KCB chuyển động gần mặt giới hạn, cũng như để nâng cao hiệu quả khai thác sử dụng, bảo đảm an toàn bay khi cất hạ cánh đối với máy bay cánh quạt sử dụng trong lĩnh vực hàng không dân dụng và quân sự. Luận án gồm: Phần mở đầu, 4 chương và kết luận, được thể hiện trong 115 trang thuyết minh, với 12 bảng và 71 hình vẽ, đồ thị. Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Những nghiên cứu về sự tương tác khí động giữa cánh quạt - mặt giới hạn và cánh khí cụ bay 1.1.1. Hiệu ứng mặt giới hạn Đối với các loại máy bay cũng như các loại tàu đệm khí động sử dụng động cơ cánh quạt, khi bay ở độ cao thấp, gần với mặt đường băng bê tông hoặc gần với mặt nước, ngoài sự ảnh hưởng mặt giới hạn ra, còn có sự ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt trong vùng dưới cánh đã làm thay đổi hình ảnh dòng chảy bao quanh cánh KCB, cũng như các đặc tính khí động của nó. Khi đề cập đến hiệu ứng mặt giới hạn với nghĩa rộng cũng như hiệu ứng cánh - mặt đất với nghĩa hẹp, các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực
3 nghiệm cho thấy rằng khi h < 1 ( h =h/b - trong đó: h - Độ cao từ mặt giới hạn tới mép sau cánh; b- Độ dài dây cung cánh nâng) thì hình ảnh dòng chảy bao quanh cánh đã khác với hình ảnh dòng chảy bao quanh cánh trong trường hợp cánh chuyển động trong môi trường không khí tự do. 1.1.2. Những nghiên cứu về sự ảnh hưởng bởi sự tác động tương hỗ khí động trong các tổ hợp: mặt giới hạn - cánh; cánh quạt - cánh và cánh quạt - mặt giới hạn - cánh đến các đặc tính khí động của cánh KCB Các nghiên cứu ngoài nước Các nghiên cứu lý thuyết Các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của mặt đất, mặt nước đến đặc tính khí động của cánh và KCB: Các tác giả Tillotson, Takayuki Koizumi and Chun Pu Chao [22] đã dùng phương pháp đối xứng gương khảo sát ảnh hưởng độ dày của cánh hình chữ nhật đến đặc tính khí động của cánh khi bay gần mặt giới hạn. Các công trình [16], [20], [56] đã nghiên cứu ảnh hưởng của mặt đất đến biểu đồ phân bố áp suất theo dây cung ở mặt trên và mặt dưới của prôfin cánh. Các công trình [57], [61] nghiên cứu về ảnh hưởng của mặt nước đến các đặc tính khí động của thuỷ phi cơ và xuồng bay. Các công trình [23], [26] và [35] bằng phương pháp dựa trên lý thuyết xung lượng đã xác định được các tham số của dòng chảy qua cánh quạt với giả thiết bằng nhau tại mọi điểm trong mặt phẳng cắt ngang. Các công trình nghiên cứu về sự ảnh hưởng bởi tương tác khí động trong tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh còn chưa có. Các nghiên cứu thực nghiệm Phần lớn các nghiên cứu thực nghiệm về sự ảnh hưởng bởi sự tương tác khí động trong tổ hợp mặt giới hạn - cánh, cũng như trong tổ hợp cánh quạt - cánh đến các đặc trưng khí động của cánh trong vùng tốc độ nhỏ dưới âm, đều được thực hiện trong ống khí động. Các nghiên cứu trong nước Các công trình nghiên cứu về sự ảnh hưởng bởi tương tác khí động trong tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh còn chưa có. Một số công trình đã công bố chủ yếu là các nghiên cứu độc lập về cánh quạt hoặc mới chỉ nghiên cứu về sự ảnh hưởng bởi sự tương tác khí động đến các đặc tính khí động của cánh KCB trong tổ hợp mặt giới hạn - cánh và tổ hợp cánh quạt - cánh. 1.2. Các phương pháp giải bài toán tương tác khí động 1.2.1. Các phương trình xác định tham số của môi trường Phương trình chuyển động; Phương trình liên tục; Phương trình năng lượng. 1.2.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Phương pháp panel; Phương pháp nhiễu động nhỏ; Phương pháp XRR;
4 Phương pháp xung lượng. 1.2.3. Phương pháp thực nghiệm Trong phương pháp thực nghiệm, phổ biến chủ yếu có hai phương pháp đó là bay thử và thực nghiệm mô hình trong ống khí động. 1.2.4. Một số phần mềm tính toán khí động - Phần mềm MGAERO; - Phần mềm OMNI3D; - Phần mềm ANSYS.CFX. 1.3. Hiện trạng của vấn đề và hướng nghiên cứu của luận án Trên cơ sở tổng quan các công trình nghiên cứu ở ngoài nước cũng như trong nước, nhận thấy rằng: - Các nghiên cứu mới chỉ đề cập đến tương tác khí động giữa cánh và cánh quạt; hoặc chỉ mới nghiên cứu ảnh hưởng của mặt giới hạn đến đặc tính khí động của KCB. - Không thể cộng thuần túy ảnh hưởng của mặt giới hạn và dòng khí sau cánh quạt đến đặc tính khí động của cánh. Sự hình thành màn xoáy tự do của cánh nâng trong tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh nâng phải có sự tác động qua lại lẫn nhau giữa các thành phần trong tổ hợp. - Chưa có công trình nào công bố kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về vấn đề xác định đặc tính khí động của cánh KCB khi bay gần mặt giới hạn có tính đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt. Luận án chọn đối tượng nghiên cứu là đặc tính khí động của cánh KCB khi chịu ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt trên tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh nâng, trong đó cánh quạt đặt trước cánh nâng; bề mặt giới hạn là cứng và phẳng. Luận án sẽ sử dụng phương pháp XRR phi tuyến không dừng để giải quyết nhiệm vụ đặt ra. 1.4. Kết luận chương 1 Luận án đưa ra đối tượng, phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu xác định các đặc tính khí động của cánh KCB, sử dụng động cơ cánh quạt chuyển động gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt trong vùng tốc độ nhỏ dưới âm, khi cánh quạt thuộc loại cánh quạt kéo, đặt ở vùng mép trước cánh, mặt giới hạn là mặt cứng và phẳng. Luận án lựa chọn phương pháp XRR phi tuyến không dừng làm phương pháp nghiên cứu của luận án. Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỐ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA CÁNH KHÍ CỤ BAY KHI BAY GẦN MẶT GIỚI HẠN CÓ TÍNH ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG KHÍ SAU CÁNH QUẠT 2.1. Thiết lập bài toán Luận án sử dụng phương pháp XRR phi tuyến không dừng để xây dựng mô hình và thuật toán xác định các đặc tính khí động của cánh nâng hình chữ nhật trong sự tác động tương hỗ của tổ hợp giữa cánh quạt - mặt giới hạn và
5 cánh KCB trong vùng tốc độ nhỏ dưới âm, cánh quạt thuộc loại cánh quạt kéo, đặt ở vùng mép trước cánh, mặt giới hạn là mặt cứng và phẳng. 2.1.1. Các giả thiết và điều kiện biên Dòng chảy bao quanh cánh KCB trong tổ hợp cánh quạt- mặt giới hạn - cánh là dòng thế, không có hiện tượng tách dòng từ mép trước cánh hoặc từ các điểm trên mặt cánh; Các điểm trong không gian, bên ngoài cánh và các vùng vết xoáy tự do I và II đều tuân thủ định luật bảo toàn khối lượng, thế vận tốc nhiễu động của dòng khí phải thỏa mãn phương trình liên tục dạng phương trình Laplace; Ở khoảng cách xa vô cùng cách cánh KCB và các màn vết xoáy của nó thì mọi nhiễu động bị triệt tiêu, không khí ở trạng thái tĩnh, dòng chảy là dòng không nhiễu động; Từ mép sau cánh, nơi màn xoáy tự do thoát ra còn cần phải thỏa mãn giả thuyết Traplưgin - Giucôpxki về giá trị hữu hạn của tốc độ. Tất cả những giả thiết và những điều kiện nêu trên đều được thực hiện đối với lá cánh quạt và mặt giới hạn. 2.1.2. Các hệ trục tọa độ - Hệ tọa độ liên kết cánh nâng O0x0y0z0, O0 ở điểm đầu của dây cung gốc cánh và có chiều theo chiều chuyển động của cánh, O0x0 trùng với dây cung gốc cánh, O0y0 vuông góc với mặt phẳng cánh và hướng lên trên, O0z0 vuông góc với O0x0y0 và tạo thành tam diện thuận; - Hệ tọa độ cố định cánh quạt O1x1y1z1, O1 nằm ở tâm cánh quạt, O1x1 trùng với trục quay cánh quạt hướng theo dòng chảy, O1y1 vuông góc với mặt phẳng chứa O1x1, nằm trong mặt phẳng cánh quay và chiều hướng lên trên, O1z1 vuông góc với O1x1y1 và tạo thành tam diện thuận; - Hệ tọa độ liên kết lá cánh quạt O1xcqycqzcq, O1 ở tâm cánh quạt, O1xcq ≡ O1x1, O1ycq dọc theo chiều dài lá cánh quạt và hướng ra ngoài, O1zcq vuông góc với O1xcqycq và tạo thành tam diện thuận; - Hệ tọa độ liên kết mặt giới hạn O2x2y2z2, O2 nằm ở giữa mép trước mặt giới hạn, O2x2 nằm dọc theo chiều dài, vuông góc với mép trước mặt giới hạn và hướng theo chiều dòng chảy, O2y2 vuông góc với mặt giới hạn và hướng lên trên, O2z2 vuông góc với O2x2y2 và tạo thành tam diện thuận. Quá trình tính toán cần chuyển đổi các thành phần của tổ hợp (cánh quạt, mặt giới hạn và cánh KCB) về cùng một hệ trục tọa độ. Ở đây lấy hệ tọa độ liên kết trên cánh KCB là hệ tọa độ cơ sở, thực hiện chuyển đổi các hệ tọa độ liên kết của cánh quạt (O1x1y1z1) và của mặt giới hạn (O2x2y2z2) về hệ tọa độ liên kết cánh O0x0y0z0. 2.2. Xây dựng mô hình số, xác định các đặc tính khí động phi tuyến không dừng của cánh KCB, khi bay gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt 2.2.1. Sơ đồ xoáy của tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh KCB Các bề mặt trung bình của các lá cánh quạt, cánh KCB và bề mặt
6 giới hạn được thay thế bằng các màn xoáy liên tục, rồi lại rời rạc hóa thành các hệ xoáy liên kết dọc, ngang trên các bề mặt (lá cánh, mặt giới hạn, cánh nâng) và các hệ xoáy tự do trên các vết ở vùng mép sau và vùng cạnh mút của chúng. Chuyển động của cánh KCB là chuyển động không dừng với góc tấn xác định, cho nên sơ đồ xoáy của tổ hợp sẽ có cấu trúc phi tuyến không dừng. 2.2.2. Sơ đồ xoáy cánh quạt Các xoáy liên kết trên bề mặt lá cánh và xoáy tự do xung quanh lá cánh sẽ tạo ra tốc độ cảm ứng tại điểm bất kì trong không gian lân cận nó: cqj = v cqj− + v cqj+ + vcqIj + v cqIIj + vcqIIIj ; j = ( x cq , ycq ,zcq ) vcr cr cr cr cr cr (2.18) với: vcr cr cr cr cr cqj− , vcqj+ , vcqIj , vcqIIj , vcqIIIj - lần lượt là các thành phần tốc độ cảm ứng do các xoáy liên kết ngang, xoáy liên kết dọc trên bề mặt lá cánh và các xoáy tự do ở vùng I1, vùng II1, vùng III1 gây nên tại thời điểm r. Từ điều kiện không chảy thấu bề mặt lá cánh quạt và điều kiện bảo toàn lưu số vận tốc theo chu tuyến kín ta có hệ phương trình: k lc N1 +1 n1 k lc N1 +1 ∑ ∑ ∑Γ µ1 k1 −1r µ1 k1 −1p1 p1 −1 + ∑ ∑ δ(mk) 1 k1 −1a nm1 n+11k+1k 1 −1p1 p1 −1 1 p1 −1 = H pm0 1s ∑ mµ1k1 a mµ1 k1 0 ν 1 0ν ν m =1 k1 =1 µ1 =1 m =1 k1 =1 n1 r −1 (2.20) ∑ Γµ∑1mkµ1 k−1r + δ(mk) 1 k1 −1 = −∑ δ(mk) 1 k1 −1 1 r 1s 1 1 µ1 =1 s =1 2.2.3. Sơ đồ xoáy mặt giới hạn Mặt giới hạn có kích thước vô hạn được thay bằng mặt giới hạn có kích thước hữu hạn với chiều rộng (theo dây cung prôfin cánh) và chiều dài (theo sải cánh) từ 3 - 5 lần độ dài của chúng [7]. Các hệ xoáy thay thế mặt giới hạn tạo ra tại điểm bất kì C một tốc độ cảm ứng: mghj = v mghj− + v mghj+ + v mghIj + v mghIIj ; j = ( x 2 , y2 , z 2 ) v сr cr cr cr cr (2.29) với: vcrmghj− , vcrmghj+ , vcrmghIj , vcrmghIIj - lần lượt là các thành phần tốc độ cảm ứng do các xoáy liên kết ngang, xoáy liên kết dọc trên mặt giới hạn, các xoáy tự do ở vùng I2, II2 gây ra tại điểm C. Từ điều kiện không chảy thấu bề mặt giới hạn và điều kiện bảo toàn lưu số vận tốc theo chu tuyến kín, ta có hệ phương trình: N2 n2 N2 ∑∑ k 2 =1 µ2 =1 Γµ2 k2 −1r a µµ2 kk 2v−1p2 p2 −1 + ∑ µ2 k 2 2 2 ∑ δ( ) k 2 =1 1r k 2 −1p2 p2 −1 k 2 k 2 −1a Ik 2 v p 2 p 2 −1r = H0v v = 1,2,...,n 2 ;p2 = 1,2,..., N2 (2.31) r r −1 (1) r ∑Γ µ2 =1 µ2 k 2 −1r ∑ µ2k 2 + δk 2 k 2 −1 =− ∑δ( ) s =1 1s k 2 k 2 −1, k 2 = 1,2,..., N2
7 Ta chỉ xét nửa bên phải mặt giới hạn, còn sự ảnh hưởng của nửa mặt giới hạn bên trái được tính đến dựa vào điều kiện đối xứng. 2.2.4. Sơ đồ xoáy cánh KCB Các hệ xoáy thay thế mặt cánh nâng sẽ tạo ra tại điểm bất kì xung quanh cánh tốc độ cảm ứng: cj = vcj− + vcj+ + vcIj + vcIIj; j = ( x0 ,y0 ,z0 ) vcr cr cr cr cr (2.38) với: vcr cr cr cr cj− , vcj+ , vcIj , vcIIj - lần lượt là các thành phần tốc độ cảm ứng do các xoáy ngang, xoáy dọc liên kết trên bề mặt cánh, các xoáy tự do ở vùng I, II. Do cánh có hình dạng đối xứng trên mặt phẳng và chuyển động không trượt. Vì vậy, chỉ xét nửa bên phải cánh, còn sự ảnh hưởng của nửa cánh bên trái được tính đến dựa vào điều kiện đối xứng. 2.2.5. Xác định các đặc tính khí động của cánh KCB khi bay gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt 2.2.5.1. Màn xoáy hình thành khi có ảnh hưởng của mặt giới hạn và dòng khí sau cánh quạt Các sơ đồ xoáy thay thế lá cánh quạt, mặt giới hạn và cánh nâng sẽ gây ra ở một điểm bất kì trong tổ hợp với vận tốc cảm ứng: j = v cqj + v cj + v mghj ; j = ( x 0 , y0 , z0 ) vcr cr cr cr (2.44) Trong đó: vcrcqj - Vận tốc cảm ứng do màn xoáy sau cánh quạt gây ra; v cr Vận tốc cảm ứng do màn xoáy sau mặt giới hạn gây ra; v cr mghj - cj - Vận tốc cảm ứng do màn xoáy sau cánh nâng gây ra. Cấu trúc hệ xoáy tự do thoát khỏi lá cánh quạt Xác định bằng tọa độ các điểm cuối hiện tại cộng với đoạn dịch chuyển trong khoảng thời gian ∆τ với các thành phần vận tốc tương đối tương ứng tại điểm cuối đó (2.44): r +1 r r +1 r r +1 r x1 = x1 + ∆τ.v1x r 1 , y1 = y1 + ∆τ.v1y r 1 , z1 = z1 + ∆τ.v1z r 1 (2.45) r v1j = v1j + v cqj cr j = ( x1 , y1 , z1 ) với: v1j - giá trị tốc độ của dòng không nhiễu theo 3 trục của hệ tọa độ O1x1y1z1 ; v cr cqj - vận tốc cảm ứng do tổ hợp màn xoáy gây ra tại điểm cuối r r r của xoáy tự do trên màn xoáy cánh quạt; x1 , y1 , z1 - vị trí điểm cuối xoáy ở r +1 r +1 r +1 bước hiện tại; x1 , y1 , z1 - vị trí điểm cuối xoáy ở bước tiếp theo. Cấu trúc hệ xoáy tự do thoát khỏi cánh nâng r +1 r r +1 r r +1 r (2.46) x0 = x 0 + ∆τ.v 0x r 0 , y0 = y 0 + ∆τ.v 0y r 0 , z0 = z 0 + ∆τ.v 0z r 0 v 0r j = v 0 j + v cj r j = ( x 0 , y0 , z0 )
8 Cấu trúc hệ xoáy tự do thoát khỏi mặt giới hạn r +1 r r +1 r r +1 r x2 = x 2 + ∆τ.v r2x 2 , y 2 = y 2 + ∆τ.v r2y 2 , z 2 = z 2 + ∆τ.v r2z 2 (2.47) v r2 j = v 2 j + vcr mghj j = ( x 2 , y2 , z2 ) Xác định phân bố áp suất và đặc tính khí động của cánh Sử dụng tích phân Côsi - Lagrăng [41], xác định phân bố áp suất lên bề mặt cánh KCB:  ∂Γεεpp00L−1 r  ∆p = 2  v0x0 γ ε∑pεp0 −1r cos χεεpp00 −1 − v0z0 γ ε+  0 ( 1p0 −1r ∑ ε−1p0 + γ ε p0 −1r ∑ εp0 sin χ ε p0 −1 εp0 − ) ∂τ   (2.48) Trong đó: v0x0 ,v0z0 - là vận tốc theo các trục Ox0, Oz0 của điểm giữa xoáy ngang; χ εε pp 0 0 −1 - góc xiên của xoáy ngang. Hệ số lực nâng của cánh ( c ry ); hệ số mô men dọc của cánh ( mrz ) được tính theo các công thức sau: N0 n0 2 b2 ε0 p0 −1r c ry = n0 S ∑∑ ∆p p0 =1 ε0 =1 ε 0 p0 b p0 p0 −1lp0 p0 −1 (2.53) 2 N0 n0 ε0 p0 −1r ε0 p0 −1 ∑∑ ∆p 2 b m rz = − ε 0 p0 b p0 p0 −1lp0 p0 −1 x ε p n0 S 0 0 p0 =1 ε0 =1 với: 1≤ p0 ≤ N0 ; bp 0p0 −1 - dây cung cánh các tiết diện tại điểm kiểm tra; lp p −1 - 0 0 sải cánh theo dải k; S- diện tích cánh. Kết quả tính toán: - Cánh nâng hình chữ nhật có: Dây cung b = 0,26 [m]; Sải cánh L=0,78 [m]; Diện tích S = 0,2028 [m2]; Độ dãn dài λ= 3; Độ thon η=1; Dạng prôfin SAGI “B” có độ dày tương đối c = 16% và không đối xứng; - Cánh quạt 2 lá cánh, sử dụng prôfin BC-2; Đường kính D=0,30[m]; - Mặt giới hạn có các kích thước: Chiều dài bd = 2,34 [m]; Chiều rộng br = 0,78 [m]; - lx- vị trí tương đối giữa cánh quạt so với mặt phẳng Ooyozo [m]; - ly- vị trí tương đối giữa cánh quạt so với mặt phẳng Ooxozo [m]; - lz- vị trí tương đối giữa cánh quạt so với mặt phẳng Ooxoyo [m]; - n- tốc độ vòng quay cánh quạt [v/ph]. Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo thời gian không thứ nguyên τ: Phần lớn trong khoảng thời gian τ =1, các hệ số cy, mz chưa đạt được giá trị ổn định do dòng chảy chưa chảy bao hết cánh, ở khoảng thời gian cuối, các hệ số khí động có xu hướng ổn định ở các giá trị xác định, lúc này dòng chảy đã bắt đầu chảy bao hết cánh (hình 2.11 và hình 2.12).
9 Do thi he so cy theo thoi gian khong thu nguyen Do thi he so mz theo thoi gian khong thu nguyen 1 1 0.9 0.8 0.8 0.6 0.7 0.4 0.6 0.2 mz 0.5 0 0.4 -0.2 cy 0.3 -0.4 0.2 -0.6 0.1 -0.8 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Thoi gian Thoi gian Hình 2.11. Đồ thị hệ số cy (τ), với τ =1. Hình 2.12. Đồ thị hệ số mz (τ), với τ =1. Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo cánh riêng biệt và các tổ hợp cánh quạt - cánh nâng; mặt giới hạn - cánh nâng; cánh quạt - mặt giới hạn - cánh nâng Tham số ban đầu: Vận tốc bay V= 14 [m/s]; Góc tấn α = 4 [0]; Vòng quay cánh quạt n = 3000 [v/ph]; Vị trí tương đối giữa cánh nâng và cánh quạt lx = 0,24 + 0,25 bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m]; lz =0, [m]; Góc lắp giữa trục quay cánh quạt và dây cung cánh φ = 4 [0]. - Cánh quạt 2 lá cánh. Khảo sát các hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo cánh riêng biệt và các tổ hợp cánh quạt - cánh; mặt giới hạn - cánh; cánh quạt - mặt giới hạn - cánh. Kết quả khảo sát được thể hiện trên bảng 2.1, hình 2.13 và hình 2.14. Bảng 2.1. Giá trị hệ số lực nâng cy và mz theo cánh riêng biệt và các tổ hợp Cánh riêng Cánh quạt- Mặt giới hạn- Cánh quạt- biệt cánh cánh MGH-cánh h ∞ ∞ 0,6 0,6 cy 0.2321 0.3216 0.3037 0.3918 mz -0.0134 -0.0182 -0.0174 -0.0217 He so cy theo canh rieng biet va cac to hop He so mz theo canh rieng biet va cac to hop 0.4 0 0.35 -0.005 0.3 0.25 -0.01 mz cy 0.2 -0.015 0.15 0.1 -0.02 0.05 0 -0.025 1 2 3 4 1 2 3 4 1.Canh rieng biet; 2.Canh quat-canh; 3.Mat gioi han-canh; 4.Canh quat-MGH-canh 1.Canh rieng biet; 2.Canh quat-canh; 3.Mat gioi han-canh; 4.Canh quat-MGH-canh Hình 2.13. Đồ thị hệ số lực nâng cy theo Hình 2.14. Đồ thị hệ số mô men dọc mz cánh riêng biệt và các tổ hợp. theo cánh riêng biệt và các tổ hợp.
10 Mức độ tăng cy của tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh so với cánh riêng biệt khoảng 41%; Mức độ tăng cy của tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh so với tổ hợp cánh quạt - cánh khoảng 18%; Mức độ tăng cy của tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh (tổ hợp có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt) so với tổ hợp mặt giới hạn - cánh (tổ hợp không xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt) khoảng 22%. Màn xoáy được hình thành theo 2 thời gian (hình 2.17), ở bước thời gian 1.5 hiện tại tác động lên màn xoáy hình 1 thành ở bước thời gian tiếp theo làm 0.5 cho hình ảnh dòng chảy có xu thế 0 cuộn vào theo mút ngoài cánh. Dòng -0.5 -1 sau cánh quạt có dạng xoắn, ở mút -1.5 -8 ngoài lá cánh quạt màn xoáy cũng có -2 -2 -4 -6 0 xu hướng cuộn lại. 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 Hình 2.17. Màn xoáy tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh. Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo góc tấn α Bảng 2.2. Giá trị hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo góc tấn (Với: Vận tốc V=14[m/s], góc lắp φ= 00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b[m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6). Góc tấn α [o] 0 4 8 12 cy 0,1264 0,3664 0,5924 0,8044 mz -0,0138 -0,0194 -0,0248 -0,0300 Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo vận tốc bay Bảng 2.3. Giá trị hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo vận tốc bay (Với: Góc tấn α=40, góc lắp φ=00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b[m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6). V [m/s] 14 18 22 26 cy 0,3664 0,3729 0,3816 0,3895 mz -0,0194 -0,0204 -0,0216 -0,0229 Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo vận tốc vòng quay Bảng 2.4. Giá trị hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo tốc độ vòng quay cánh quạt của tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh (Với: Vận tốc V=14[m/s], góc tấn α=40, góc lắp φ=40, lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0.6). n [v/ph] 500 1000 1500 2000 2500 3000 cy 0,3462 0,3528 0,3619 0,3722 0,3827 0,3931 mz -0,0176 -0,0183 -0,0190 -0,0198 -0,0205 -0,0212
11 Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo góc lắp giữa trục quay cánh quạt so với dây cung cánh φ Bảng 2.5. Giá trị hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo góc giữa trục quay cánh quạt với dây cung cánh (Với: Vận tốc V=14[m/s], góc tấn α=40, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6). ϕ [o] -6 -4 -2 0 2 4 6 cy 0,3334 0,3436 0,3547 0,3664 0,3789 0,3931 0,4046 mz -0,0170 -0,0178 -0,0186 -0,0194 -0,0203 -0,0212 -0,0224 Kết luận chương 2 Với các giả thiết của bài toán, đồng thời dựa trên cơ sở phương pháp xoáy rời rạc phi tuyến không dừng, đã xây dựng được mô hình số xác định đặc tính khí động cánh nâng khi bay gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt. Chương 2 cũng đã thiết lập sơ đồ thuật toán và xây dựng chương trình tính toán xác định đặc tính khí động cánh nâng khi bay gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt bằng phần mềm Matlab. Chương 3. KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH SỐ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS.CFX VÀ THỰC NGHIỆM TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG Mô hình số và chương trình tính toán đã xây dựng ở chương 2, được kiểm chứng bằng cách so sánh với các kết quả tính của phần mềm ANSYS.CFX và các kết quả thực nghiệm mô hình tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh trong ống khí động OT-1 của Viện Kỹ thuật PK-KQ, nhằm khẳng định độ tin cậy, tính ứng dụng và hiệu quả của mô hình số và chương trình tính toán trong các bài toán cụ thể mà thực tế đặt ra. Việc kiểm chứng mô hình số và chương trình tính được thực hiện thông qua hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz với các tham số của tổ hợp như đã trình bày trong chương 2, khi thay đổi một tham số nào đó: - Khi góc tấn α của cánh nâng thay đổi từ 0 đến 12 [o] (Các tham số dùng để tính toán và thực nghiệm: V=14[m/s], φ=00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b[m], ly=lx.sin(α-φ) [m], lz=0,39 [m], h =0,6); - Khi tốc độ bay thay đổi từ 14 đến 26 [m/s] (α=40, φ=00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6); - Khi tốc độ vòng quay cánh quạt thay đổi (V=14[m/s], α=40, φ=40, lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0.6); - Khi góc giữa trục quay cánh quạt với dây cung cánh (φ) thay đổi từ -6 đến +6 [o] (V=14[m/s], α=40, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6). - Mô hình cánh nâng hình chữ nhật có: Dây cung b = 0,26 [m]; Sải cánh
12 L = 0,78 [m]; Diện tích S = 0,2028 [m2]; Độ dãn dài λ= 3; Độ thon η=1; Dạng prôfin SAGI “B” có độ dày tương đối c = 16% và không đối xứng. - Mô hình cánh quạt: Cánh quạt 2 lá cánh, sử dụng prôfin BC-2; Đường kính D = 0,30 [m]. 3.1. Mô phỏng số bằng phần mềm tính toán ANSYS.CFX Mô hình mô phỏng là tổ hợp cánh quạt, mặt giới hạn và cánh nâng, trong đó cánh quạt được đặt mép trước cánh nâng. 3.1.1. Xây dựng mô hình hình học và chia lưới Mô hình 3D của cánh quạt - cánh nâng để mô phỏng được dựng dựa trên kích thước đo đạc thực tế của mẫu thử. Do cánh quạt đặt trước cánh nâng, đồng thời quay với vận tốc n=3000[v/ph] nên cần phải dựng 2 vùng thể tích tính toán độc lập: - Vùng thể tích tính toán thứ nhất là vùng hình trụ bao quanh cánh quạt. Khi mô phỏng sẽ thiết lập thuộc tính quay đều quanh trục với vận tốc n=3000 [v/ph] cho vùng này. - Vùng thể tích tính toán thứ hai là một hình hộp chữ nhật bao quanh toàn bộ mô hình cánh và vùng thể tích tính toán thứ nhất có kích thước 2x2,5x1 [m3]. Trong đó, để xét đến ảnh hưởng của mặt giới hạn thì mặt đáy của hình hộp (mặt giới hạn) được dựng cách mép sau của cánh một khoảng khoảng h = h / b . Trong đó h là khoảng cách tính từ mặt đáy của hình hộp tới mép sau cánh nâng. Mô hình lưới với gần 412.000 nút (nodes) và gần 1.600.000 phần tử (elements) như (hình 3.6) và (hình 3.7). Hình 3.6. Chia lưới vùng thể tích thứ nhất. Hình 3.7. Chia lưới vùng thể tích thứ hai. 3.1.2. Một số thiết lập các điều kiện mô phỏng Không khí ở nhiệt độ thường (25oC), áp suất bằng áp suất khí quyển. Chọn mô hình dòng chảy rối k-epsilon với giả thiết toàn bộ dòng chảy gần tường là dòng chảy rối. Sau khi thiết lập các thuộc tính ta tiến hành giải bài toán bằng CFX.Solver (hình 3.8, 3.9 là đồ thị hội tụ đích sai số).
13 Hình 3.8. Hội tụ khối lượng và vận tốc. Hình 3.9. Hội tụ các thuộc tính chảy rối. 3.1.3. Kết quả mô phỏng (bảng số liệu) Sau khoảng 100 vòng lặp, dòng chảy đạt ổn định và các hệ số hội tụ ở mức sai số cho phép. Ta nhận được bảng kết quả các giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz (bảng 3.1 đến bảng 3.4). Bảng 3.1. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc tấn Góc tấn α [o] 0 4 8 12 cy 0,1178 0,3363 0,5433 0,7316 mz -0,0131 -0,0181 -0,0229 -0,0274 Bảng 3.2. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo vận tốc bay V [m/s] 14 18 22 26 cy 0,3363 0,3482 0,3601 0,3689 mz -0,0181 -0,0189 -0,0198 -0,0210 Bảng 3.3. Giá trị hệ số lực nâng cy và mz theo tốc độ vòng quay cánh quạt n [v/ph] 500 1000 1500 2000 2500 3000 cy 0,3208 0,3294 0,3351 0,3426 0,3579 0,3675 mz -0,0166 -0,0170 -0,0175 -0,0181 -0,0186 -0,0191 Bảng 3.4. Giá trị cy và mz theo góc giữa trục quay cánh quạt với dây cung cánh ϕ [o] -6 -4 -2 0 2 4 6 cy 0,3065 0,3204 0,3246 0,3363 0,3498 0,3675 0,3793 mz -0,0157 -0,0169 -0,0172 -0,0181 -0,0185 -0,0191 -0,0200 Hình 3.10. Đường dòng của tổ hợp cánh quạt-mặt giới hạn và cánh nâng.
14 3.2. Thử nghiệm mô hình tổ hợp trong ống khí động OT-1 Mô hình thực nghiệm trong ống khí động OT-1 gồm cánh nâng, cánh quạt và mặt giới hạn, trong đó cánh quạt được đặt trước cánh nâng. 3.2.1. Trang thiết bị thử nghiệm Ống khí động OT-1 có các thông số kỹ thuật chính: Độ rối dòng: ε = 0,05% ; Vận tốc dòng khí tối đa: 55 [m/s]; Độ đồng đều của trường vận tốc: µ v = ± 1,15%; Độ lệch dòng so với trục ống khí động: ∆α = ± 1,10 , ∆ β = ± 0, 9 0 . 3.2.2. Mô hình thử nghiệm cho tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh Do chỉ khảo sát các KCB bay ở vận tốc nhỏ, nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của tính nén không khí. Mô hình sử dụng trong quá trình thử nghiệm được coi như mô hình thực. Vì thế, quá trình thử nghiệm mô hình trong ống khí động OT-1 các yếu tố đồng dạng đã được đảm bảo. Mô hình thử nghiệm của cánh nâng: Cánh hình chữ nhật có các kích thước tương tự như trong mô hình tính. Cánh được làm bằng gỗ; Mô hình thử nghiệm của cánh quạt: Động cơ điện 1 chiều, công suất N =75 [W]; Cánh quạt gá chặt lên giá đỡ, có thể di chuyển theo 3 phương, tốc độ vòng quay cánh quạt n =0÷3000 [v/ph], được điều chỉnh thay đổi bằng biến tần. Mô hình thử nghiệm của mặt giới hạn được làm bằng gỗ có bề mặt cứng, phẳng và có hình dạng elíp, đường kính trục ngắn: 1200 [mm]; đường kính trục dài: 2400 [mm]; độ nhẵn bề mặt: ∇2. Hình 3.17. Mô hình cánh quạt-mặt giới hạn-cánh nâng. 3.2.3. Các nội dung thử nghiệm Sử dụng hệ tọa độ Oxyz. Gốc tọa độ đặt ở 1/4 dây cung cánh, trục Ox nằm trong mặt phẳng quay, có hướng theo chuyển động của cánh nâng, trục Oy vuông góc với trục Ox và nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, hướng lên trên, trục Oz dọc theo sải cánh tạo với Ox, Oy thành tam diện thuận. Điều kiện thử nghiệm: Nhiệt độ không khí: TH = 25 [oC]; Áp suất khí quyển p=1[atm]; Độ ẩm không khí:80%; Mật độ không khí: ρH = 1,218 [kg/m ]; 3 Vận tốc dòng khí V= 0÷30 [m/s]; Góc trượt cạnh: β = 0 [o].
15 Kết quả thử nghiệm (bảng số liệu): Kết quả thử nghiệm được xử lý theo tài liệu [11,] kết quả thử nghiệm sau khi xử lý được thể hiện từ bảng 3.6 đến bảng 3.9. Bảng 3.6. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc tấn Góc tấn α [o] 0 4 8 12 cy 0,1071 0,3072 0,4886 0,6642 mz -0,0119 -0,0164 -0,0208 -0,0251 Bảng 3.7. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo vận tốc V [m/s] 14 18 22 26 cy 0,3085 0,3184 0,3279 0,3372 mz -0,0166 -0,0179 -0,0185 -0,0193 Bảng 3.8. Giá trị hệ số lực nâng cy và mz theo vòng quay cánh quạt n [v/ph] 500 1000 1500 2000 2500 3000 cy 0,3105 0,3138 0,3193 0,3243 0,3312 0,3469 mz -0,0152 -0,0153 -0,0158 -0,0165 -0,0172 -0,0169 Bảng 3.9. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc (φ) φ [o] -6 -4 -2 0 2 4 6 cy 0,2742 0,2853 0,2921 0,3027 0,3209 0,3442 0,3581 mz -0,0143 -0,0148 -0,0154 -0,0165 -0,0169 -0,0175 -0,0186 3.3. Kiểm chứng mô hình tính toán Mô hình số và chương trình tính toán đã xây dựng ở chương 2, được kiểm chứng bằng cách so sánh với các kết quả tính của phần mềm ANSYS.CFX và thực nghiệm mô hình tổ hợp trong ống khí động OT-1. Việc kiểm chứng được thực hiện thông qua hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz. Sử dụng các tham số hình học, động học, điều kiện mô phỏng và thí nghiệm làm đầu vào cho mô hình số và chương trình tính toán để đánh giá qui luật biến thiên, cũng như độ sai lệch giữa các kết quả nhận được bằng phần mềm ANSYS, bằng thực nghiệm và bằng tính toán. 3.3.1. Hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc tấn α Tham số ban đầu: Vận tốc V= 14 [m/s]; Vòng quay cánh quạt n=3000 [v/ph]; Vị trí tương đối giữa cánh nâng và cánh quạt lx = 0,24 + 0,25bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m]; lz =0,39 [m]; Góc lắp φ = 0 [0]; h =0,6. - Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 9%; - Kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 17%.
16 He so cy theo goc tan He so mz theo goc tan 0.9 -0.005 Tinh toan 0.8 ANSYS -0.01 Thuc nghiem 0.7 -0.015 0.6 mz cy 0.5 -0.02 0.4 -0.025 Tinh toan 0.3 ANSYS Thuc nghiem -0.03 0.2 0.1 -0.035 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 alfa[do] alfa[do] Hình 3.19. Đồ thị hệ số cy theo góc tấn. Hình 3.20. Đồ thị hệ số mz theo góc tấn. 3.3.2. Hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo vận tốc Tham số ban đầu: n = 3000 [v/ph]; α = 40; lx = 0,24 + 0,25 bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m]; lz =0,39 [m]; φ = 0 [0]; h =0,6 He so cy theo van toc He so mz theo van toc 0.5 0 Tinh toan 0.45 ANSYS Tinh toan -0.005 Thuc nghiem ANSYS 0.4 Thuc nghiem -0.01 0.35 0.3 -0.015 cy 0.25 mz -0.02 0.2 -0.025 0.15 -0.03 0.1 0.05 -0.035 0 -0.04 14 16 18 20 22 24 26 14 16 18 20 22 24 26 V[m/s] V[m/s] Hình 3.21. Đồ thị cy theo vận tốc. Hình 3.22. Đồ thị mz theo vận tốc. - Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 8%; - Kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 16%; 3.3.3. Hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo vận tốc vòng quay Tham số ban đầu: V = 14 [m/s]; α = 40; lx = 0,24 + 0,25 bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m];lz =0,39 [m]; φ = 4 [0]; h =0,6 - Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 10%; - Kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 17%. He so cy theo vong quay He so mz theo vong quay 0.5 0 Tinh toan Tinh toan 0.45 ANSYS -0.005 ANSYS Thuc nghiem Thuc nghiem 0.4 -0.01 0.35 0.3 -0.015 cy mz 0.25 -0.02 0.2 -0.025 0.15 -0.03 0.1 0.05 -0.035 0 -0.04 500 1000 1500 2000 2500 3000 500 1000 1500 2000 2500 3000 n[v/ph] n[v/ph] Hình 3.23. Đồ thị hệ số cy theo vòng quay. Hình 3.24. Đồ thị hệ số mz theo vòng quay
17 3.3.4. Hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc lắp giữa trục quay cánh quạt so với dây cung cánh φ Tham số ban đầu: V= 14 [m/s]; α = 40; n = 3000 [v/ph]; lx = 0,24 + 0,25 bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m]; lz =0,39 [m]; h =0,6. He so cy theo goc lap He so mz theo goc lap 0 Tinh toan Tinh toan 0.6 ANSYS -0.005 ANSYS Thuc nghiem Thuc nghiem 0.5 -0.01 mz cy 0.4 -0.015 0.3 -0.02 0.2 -0.025 0.1 -0.03 -6 -4 -2 0 2 4 6 -6 -4 -2 0 2 4 6 phi [do] phi [do] Hình 3.25. Đồ thị cy theo góc lắp φ. Hình 3.26. Đồ thị mz theo góc lắp φ. - Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 11%; - Kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 18%. 3.4. Kết luận chương 3 Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán sai lệch lớn nhất nhỏ hơn 11%; kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán sai lệch lớn nhất nhỏ hơn 18%. Kết quả kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng số ANSYS và thực nghiệm so với kết quả tính toán nhận thấy rằng: Mô hình số và chương trình tính toán ở chương 2, đủ độ tin cậy và có thể ứng dụng để xác định các đặc tính khí động của cánh KCB chịu sự tác động tương hỗ trong tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh nâng. Chương 4. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC THAM SỐ CỦA CÁNH QUẠT VÀ MẶT GIỚI HẠN ĐẾN ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA CÁNH NÂNG 4.1. Bài toán áp dụng 4.1.1. Các tham số hình học của cánh nâng trong khảo sát Cánh hình chữ nhật có các kích thước: Dây cung gốc cánh bg = 0,26 [m]; Dây cung mút cánh bm = 0,26 [m]; Chiều dài sải cánh L =0,78 [m]; Diện tích cánh S = 0,2028 [m2]; Độ dãn dài λ=3; Độ thon η=1. 4.1.2. Các tham số hình học của cánh quạt trong khảo sát Dây cung lá bcq= 0,02 [m]; Diện tích lá Sla =0,0026 [m2]; Bán kính ngoài R = 0,15 [m]; Bán kính trong r = 0,02 [m]. 4.1.3. Các tham số hình học của mặt giới hạn Mặt giới hạn có các kích thước: Chiều dài: bd = 2,34 [m]; Chiều rộng: br = 0,78 [m]. 4.2. Đánh giá ảnh hưởng của các tham số cánh quạt và khoảng cách cánh - mặt giới hạn đến đặc tính khí động của cánh nâng
18 4.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách cánh và mặt giới hạn Tham số ban đầu: Vận tốc V=14[m/s], α=40, φ=00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b[m], ly=lx.sin(α-φ) [m], lz=0,39 [m]. Khảo sát cy và mz theo các khoảng cách cánh và mặt giới hạn khác nhau khi có ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt 2 lá. Khi h càng nhỏ thì hiệu ứng hãm dòng dưới cánh nâng tăng lên, dẫn đến làm tăng áp suất mặt dưới cánh nâng, do đó chênh áp giữa mặt dưới và mặt trên cánh nâng tăng. Vì vậy, hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz tăng. (hình 4.1 và 4.2). Mức độ tăng lớn nhất của cy ở h = 0,6 so với h = 0,8 khoảng: 7%. Mức độ tăng lớn nhất của cy ở h = 0,6 so với h = 1,0 khoảng: 12%. Mức độ tăng lớn nhất của cy ở h = 1,0 so với h = 1,16 khoảng: 1%. He so cy theo khoang cach MGH He so mz theo khoang cach MGH 0.37 -0.0175 alfa=4,phi=0,van toc=14m/s 0.36 -0.018 0.35 mz cy 0.34 -0.0185 0.33 -0.019 0.32 alfa=4,phi=0,van toc=14m/s 0.31 -0.0195 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 h h Hình 4.1. Đồ thị cy theo khoảng cách h . Hình 4.2. Đồ thị mz theo khoảng cách h . 4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của góc tấn (α) của cánh ở các khoảng cách ( h ) cánh và mặt giới hạn khác nhau Tham số ban đầu: V=30[m/s], φ=40, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m]. Khảo sát hệ số cy, mz theo góc tấn của cánh KCB khi có ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt 2 lá ở các khoảng cách cánh và mặt giới hạn ( h ) khác nhau. Hệ số cy và mz phụ thuộc vào khoảng cách giữa mặt giới hạn với mép sau cánh (hình 4.3 và hình 4.4), ở cùng một góc tấn, khi h càng nhỏ thì hệ số cy và mz càng tăng, cùng với sự ảnh hưởng của khoảng cách h , hệ số cy và mz vẫn giữ nguyên những quy luật biến thiên theo góc tấn của cánh giống như ở trường hợp chảy bao tự do. He so cy theo goc tan He so mz theo goc tan 0.9 -0.01 hh=0.6 0.8 hh=0.8 hh=1.0 -0.015 0.7 0.6 -0.02 mz 0.5 cy 0.4 -0.025 h h =0.6 0.3 h h =0.8 h h =1.0 -0.03 0.2 0.1 -0.035 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 alfa [do] alfa [do] Hình 4.3. Đồ thị hệ số cy theo góc tấn. Hình 4.4. Đồ thị hệ số mz theo góc tấn.