Nghiên cứu đặc tính khí động học của khí cụ bay khi có ảnh hưởng của mặt giới hạn

Nghiên cứu đặc tính khí động học của khí cụ bay khi có ảnh hưởng của mặt giới hạn

Tãm t¾t luËn ¸n tiÕn sÜ c¬ häc

Hμ Néi 2009

Công trình được hoàn thành tại: Viện Cơ học -Viện Khoa học

và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:

Phản biện 1: GS.TSKH Vũ Duy Quang

Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Văn Quế

Phản biện 3: GS.TS Phan Nguyên Di

Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước, họp tại Viện Cơ học,

vào hồi giờ ngày tháng năm 2009

Có thể đọc luận án tại:

1 Thư viện Quốc gia

2 Thư viện Viện Cơ học

1 Dương Ngọc Hải, Ngô Trí Thăng, Phan Xuân Tăng (2002, "Xác định các

đặc tính khí động học của cánh khí cụ bay trong dòng khí dưới âm", Tuyển tập Công trình Khoa học Hội nghị Cơ học Toàn quốc lần thứ bảy năm 2002, tập IV, Cơ học Thuỷ khí, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Tr 155-164

2 Dương Ngọc Hải, Phạm Vũ Uy, Phan Xuân Tăng (2004), "Khảo sát ảnh

hưởng của bề mặt giới hạn tới đặc tính khí động học của khí cụ bay", Tuyển tập các báo cáo Hội nghị Cơ học Toàn quốc kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Cơ học 4/2004, Tr 90-95

3 Phan Xuân Tăng, Phạm Vũ Uy, (2004), "Khảo sát ảnh hưởng của bề mặt

giới hạn tới đặc tính khí động học của khí cụ bay bằng phương pháp thực

nghiệm", Tuyển tập Công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thuỷ khí Toàn quốc năm 2004, Tr 148-158

4 Phan Xuân Tăng, Ngô Trí Thăng, (2005), "Nghiên cứu thực nghiệm ảnh

hưởng của bề mặt giới hạn đến đặc tính khí động học của cánh khí cụ bay", Kỷ yếu Hội thảo Toàn quốc " Cơ học và khí cụ bay có điều khiển lần thứ nhất năm

2005, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Tr 68-74

5 Phan Xuân Tăng, Phạm Vũ Uy, Dương Ngọc Hải (2005), "ảnh hưởng của

bề mặt giới hạn tới đặc tính khí động học của khí cụ bay trong bài toán không

dừng và phi tuyến", Kỷ yếu Hội thảo Toàn quốc "Cơ học và khí cụ bay có điều khiển" lần thứ nhất năm 2005, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Tr.75-

79

6 Phan Xuân Tăng, Phạm Vũ Uy (2005), "Nghiên cứu đặc tính khí động học

của khí bay khi bay thấp trên mặt biển" Tuyển tập Công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thuỷ khí Toàn quốc năm 2005, Tr 499-510

7 Ngô Trí Thăng, Phan Xuân Tăng, (2005), "Khảo sát chuyển động nhiễu dọc

thuỷ phi cơ khi bay gần mặt phẳng giới hạn", Tuyển tập Công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thuỷ khí Toàn quốc năm 2005, Tr 489-498

8 Duong Ngoc Hai, Phan Xuan Tang, Ngo Tri Thang, Pham Vu Uy (2006),

"Study of Wing-in-Surface Aerodynamic Characteristics by Experiment and

Hydrodynamics, APHydro-2006, Shanghai, China, June 27-28, 2006, pp.39-44

9 Phan Xuân Tăng, Ngô Trí Thăng (2006), "Nghiên cứu đặc tính khí động học

của cánh khí cụ bay khi bay gần mặt giới hạn bằng thực nghiệm", Tuyển tập Công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thuỷ khí Toàn quốc năm 2006, Tr 435-

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của luận án: Khi các khí cụ bay (KCB) bay ở độ cao thấp,

gần với mặt giới hạn (mặt đất, mặt nước hồ, mặt nước biển…), do có sự ảnh hưởng tương tác giữa mặt giới hạn và KCB đã làm thay đổi hình ảnh dòng chảy bao quanh KCB và thay đổi các đặc tính khí động của chúng

Nghiên cứu các đặc tính khí động của KCB khi bay thấp, gần với mặt đất, mặt nước hồ, mặt nước biển có sóng, mặt giới hạn nếu được xem như là phẳng

và cứng thì không còn phù hợp nữa, bề mặt giới hạn đã có sóng luôn chuyển

động và có thể bị biến dạng khi có những tác động từ bên ngoài Không những thế, khi khảo sát chuyển động của KCB bay gần với mặt nước hồ, mặt nước biển

có sóng trong hệ trục toạ độ mặt đất còn cho thấy ở đây tồn tại đồng thời ba thành phần chuyển động tương đối không dừng như: chuyển động giữa KCB với không khí, chuyển động giữa KCB với sóng và chuyển động giữa mặt sóng và không khí

Xuất phát từ nhu cầu của hướng nghiên cứu về khí động học các khí cụ bay chuyển động gần với mặt giới hạn cũng như từ nhu cầu phục vụ, thiết kế, chế tạo các tàu đệm khí động và các khí cụ bay khác hoạt động ở gần mặt giới

hạn, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu đặc tính khí động học của khí cụ bay khi có ảnh hưởng của mặt giới hạn" đảm bảo tính cấp thiết cho luận án

2 Mục đích nghiên cứu: Mục đích của luận án là trên cơ sở mô hình vật lý-

toán xây dựng mô hình thực nghiệm và mô hình số để xác định đặc tính khí

động học của khí cụ bay, tàu đệm khí động, khi xét đến ảnh hưởng hiệu ứng của mặt giới hạn nói chung và mặt nước có sóng nói riêng trong các trường hợp chuyển động của chúng dừng và không dừng trên mặt giới hạn với các tốc độ nhỏ dưới âm

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: Xây dựng các nội dung nghiên cứu thực

nghiệm, thổi mô hình trong ống khí động, khảo sát ảnh hưởng hiệu ứng của mặt giới hạn và xác định đặc tính khí động học của khí cụ bay ở tốc độ dưới âm Xây dựng mô hình số, thuật toán và phần mềm xác định đặc tính khí động học phi tuyến dừng và không dừng của khí cụ bay khi chuyển động gần với mặt giới hạn có biên dạng theo các qui luật khác nhau áp dụng phương pháp thực nghiệm và mô hình số xác định đặc tính khí động học của tàu đệm khí động loại nhỏ với hai chỗ ngồi

4 Phương pháp nghiên cứu: Lựa chọn các tiêu chuẩn đồng dạng cơ bản phù

hợp với mô hình vật lý của dòng chảy bao, mô hình KCB và mặt giới hạn, thực nghiệm thổi các loại cánh và KCB hoàn chỉnh trong ống khí động Nghiên cứu phát triển xây dựng mô hình số, xác định đặc tính khí động học phi tuyến dừng

và không dừng có tính đến ảnh hưởng hiệu ứng của mặt giới hạn

5 ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực

nghiệm của luận án đã đóng góp phát triển các mô hình tính toán số, trên cơ sở

lý thuyết xoáy rời rạc cho các bài toán xác định các đặc tính khí động phi tuyến của KCB, khi chuyển động dừng và không dừng với tốc độ nhỏ dưới âm gần với

mặt giới hạn cứng, không phẳng Đồng thời đã làm sáng tỏ bản chất vật lý của hiệu ứng mặt giới hạn khi KCB chuyển động gần với nó Những kết quả tính toán và thử nghiệm đã đáp ứng kịp thời nhu cầu của quá trình thiết kế, chế tạo thử nghiệm tàu đệm khí động hai chỗ ngồi ở Việt Nam

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển của khí cụ bay sử dụng hiệu ứng mặt giới hạn - Ekranoplan (EP)

Hiệu ứng mặt giới hạn là sự tác động tương hỗ giữa mặt giới hạn với cánh

và khí cụ bay trong điều kiện bay ở gần mặt giới hạn làm thay đổi hình ảnh dòng chảy bao và thay đổi đặc tính khí động học của chúng Ekranoplan hoặc tàu đệm khí động là phương tiện vận tải bay thấp sử dụng hiệu ứng giữa cánh và mặt giới hạn (mặt đất, mặt nước…) Nằm trong xu hướng tăng tốc độ đối với các phương tiện vận tải đường thuỷ, tiếp theo sự xuất hiện của các loại xuồng cao tốc, tàu cánh ngầm, tàu đệm khí tĩnh thì Ekranoplan đầu tiên đã được người Phần Lan T.Kario chế tạo vào những năm giữa của thập niên 30 thế kỷ trước Sau T.Kario, còn có hai nhà chế tạo người Thụy Điển I.Troeng và người Mỹ D.Iorner Các Ekranoplan đầu tiên đã khẳng định được ảnh hưởng của mặt giới hạn đối với lực nâng của cánh Tuy nhiên ở chúng còn gặp trở ngại về tính ổn

định và điều khiển Phải mất gần 30 năm sau, vấn đề này mới được giải quyết hoàn chỉnh Vào các thập niên 60, 70 và 80 các nước như Nga, Phần Lan, Thụy

Điển, Mỹ, Đức, Nhật Bản… đã cho ra đời nhiều loại Ekranoplan với sơ đồ phối trí khí động, kích thước hình học, trọng lượng và các tính năng khác nhau Hiện nay trên thế giới vẫn còn nhiều quốc gia tiếp tục đầu tư cho các dự án chế tạo các loại Ekranoplan thế hệ mới nhằm hoàn thiện và phát triển để loại phương tiện này ngày càng khẳng định được tính ưu việt của mình so với với các phương tiện vận tải khác

1.2 Các đặc điểm cơ bản về khí động của khí cụ bay khi chuyển động gần mặt giới hạn

Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng khi khoảng cách từ mép sau cánh đến mặt giới hạn h=

b

h

< 1 thì hình ảnh dòng chảy bao cánh thay đổi rất nhiều so với dòng chảy bao cánh trong trường hợp cánh chuyển động tự do (không có mặt giới hạn) Mô hình vật lý dòng chảy bao cánh nói riêng cũng như dòng chảy bao khí cụ bay nói chung với giả thiết chất lỏng (chất khí) lý tưởng không chịu nén, khi có mặt giới hạn thì sự phân bố về các tham số của dòng chảy bao đã có sự thay đổi về định lượng và định tính Ngoài các yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính khí động của cánh như trong trường hợp không có mặt giới hạn (hình dạng cánh, góc tấn, số Re ) còn có khoảng cách

h, tính chất và trạng thái của mặt giới hạn nữa

1.3 Tình hình và các phương pháp nghiên cứu về ảnh hưởng của mặt giới hạn đến đặc tính khí động học của khí cụ bay

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước

Từ những thập niên 20 và 30 của thế kỷ trước đã có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm khảo sát, đánh giá về sự ảnh hưởng của mặt giới hạn (mặt đất) đến đặc tính khí động học của KCB, khi bay gần với mặt

đất thường gặp ở các giai đoạn cất và hạ cánh của chúng Từ sau chiến tranh thế giới lần thứ II đến những thập niên 50 và 60 các công trình nghiên cứu tập trung

đi vào khảo sát ảnh hưởng của mặt đất đến hiệu quả của các trang thiết bị bổ trợ như: tấm tăng nâng, cánh tà khe, các tấm chắn đầu mút nhằm nâng cao chất lượng khí động và cải thiện các tính năng cất - hạ cánh của KCB [46], [49], [53], [62], [65] Những công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của mặt giới hạn trong ba thập niên cuối của thế kỷ trước và những năm gần đây chủ yếu đi vào khảo sát ảnh hưởng của nó đến các tính năng, các quá trình quá độ trong các chế độ vận hành của EP ở nước ta, các công trình nghiên cứu về sự tương tác

ảnh hưởng giữa KCB và mặt giới hạn còn chưa nhiều, chủ yếu mới chỉ khảo sát trong các trường hợp mặt giới hạn là phẳng, tĩnh và dòng chảy giữa KCB và mặt giới hạn là dòng song phẳng [5],[6]

1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu

Chủ yếu sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm hoặc lý thuyết thực nghiệm kết hợp

1.3.2.1 Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết

định luật bảo toàn khối lượng và các điều kiện trên mặt cánh và trên mặt giới hạn, cùng với các điều kiện ban đầu (đối với các bài toán không dừng), để có kết quả giải tích dưới dạng tổng quát cho đến những năm gần đây vẫn chưa nhận

được Tuy nhiên, trên cơ sở đưa ra một số luận chứng và giả thiết về mặt vật lý

và toán học, cũng đã nhận được những kết quả giải tích và thiết lập được các phương pháp số, phục vụ nghiên cứu về thuỷ khí động của cánh và KCB, khi di chuyển gần mặt giới hạn

không dừng của cánh và KCB, gần mặt giới hạn giữa các môi trường khác nhau với cách tiếp cận là thay thế việc giải phương trình vi phân đạo hàm riêng Laplace bằng giải các phương trình tích phân được thiết lập thông qua hàm Green Các phương pháp số với sự thay thế mặt cánh, mặt giới hạn bằng hệ xoáy rời rạc có cường độ không đổi với bài toán dừng và thay đổi theo thời gian với bài toán không dừng và nếu thoả mãn các điều kiện biên thì việc giải phương trình Laplace được thay thế bằng cách giải hệ các phương trình đại số mà nghiệm của nó là cường độ các xoáy được thay thế

1.3.2.2 Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu thực nghiệm trong ống khí động theo sơ đồ cánh và mặt giới hạn hoặc theo sơ đồ cánh thực và cánh ảo đối xứng gương với nhau

- Nghiên cứu thực nghiệm trong bể nước Mô hình cánh chuyển động song song với đáy bể Nước trong bể ở trạng thái tĩnh lặng, đáy bể được mô phỏng là mặt giới hạn

- Nghiên cứu thực nghiệm bằng cách kéo mô hình trên mặt nước hoặc trên cạn

- Nghiên cứu thực nghiệm bằng thử bay mô hình Thử bay mô hình ngoài việc khảo sát ảnh hưởng của mặt giới hạn đến đặc tính khí động học của cánh và KCB ra, còn phục vụ cho nghiên cứu về tính ổn định và điều khiển của chúng Khí cụ bay được mô phỏng bằng mô hình bay thu nhỏ đồng dạng về mặt hình học, được điều khiển bằng vô tuyến Trên mô hình bay có lắp các thiết bị đo và ghi các tham số định vị ở từng thời điểm chuyển động và các tham số làm việc của động cơ

Hình 1.7 Thử mô hình bay, điều khiển bằng vô tuyến

1.4 Lựa chọn phương pháp và phạm vi nghiên cứu của luận án

Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của luận án được chọn là: phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết

dưới âm nhằm kiểm chứng một số kết quả đã công bố và làm sáng tỏ ảnh hưởng của biên dạng bề mặt giới hạn, vị trí tương đối giữa các đỉnh của biên dạng so với KCB đến các đặc tính khí động học của chúng ở các độ cao và vùng góc tấn khác nhau Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm trong điều kiện dòng chảy bao dừng, tốc độ thấp từ 25 đến 40m/s

cho bài toán khí động phi tuyến dừng và không dừng của cánh chuyển động trong môi trường tự do, nghiên cứu phát triển mô hình tính toán số, xác định đặc tính khí động học phi tuyến của cánh và khí cụ bay hoàn chỉnh khi chuyển động dừng và không dừng gần mặt giới hạn có biên dạng không phẳng

Mô hình nghiên cứu thực nghiệm và mô hình tính toán số được áp dụng

để nghiên cứu xác định đặc tính khí động học của một loại tàu đệm khí động hai chỗ ngồi

1.5 Kết luận chương 1

Các nội dung nghiên cứu tổng quan đã khái quát được một cách hệ thống

về tình hình và các phương pháp nghiên cứu về đặc tính thuỷ khí động của cánh, KCB khi chuyển động gần mặt giới hạn Trên cơ sở những kết quả phân tích,

đánh giá, trong quá trình nghiên cứu tổng quan đã định hướng cho sự lựa chọn phương pháp và các nội dung nghiên cứu của luận án đảm bảo khả thi, tin cậy

và sát với nhu cầu thực tế

Chương 2: Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của mặt giới

hạn đến đặc tính khí động học khí cụ bay

2.1 Các tiêu chuẩn đồng dạng

Trong các thí nghiệm khí động trên mô hình, độ tin cậy của các kết quả nhận được rất phụ thuộc vào mức độ tương thích giữa dòng chảy bao quanh mô hình với dòng chảy bao quanh vật với kích thước nguyên bản (vật thật), hay nói cách khác là phụ thuộc vào sự bảo đảm các tiêu chuẩn đồng dạng trong quá trình mô hình hoá hiện tượng xem xét Khi tiến hành mô hình hoá các hiện tượng, tiêu chuẩn đồng dạng bắt buộc giữa mô hình và vật thật là chúng phải

đồng dạng về hình học Các tiêu chuẩn đồng dạng được chọn trong nghiên cứu thực nghiệm đối với mô hình không nén là đồng dạng về hình học và số Reynolds (Re)

Quân được thiết kế chế tạo

theo sơ đồ nguyên lý tuần

Các thiết bị đo sử dụng trong các thí nghiệm bao gồm: thiết bị đo các lực

và mômen khí động Sử dụng cân khí động 6 thành phần với giới hạn sai số 0,5% Thiết bị đo tốc độ dòng

Cánh No 1: hình chữ nhật dạng profil SAGI “B” với ηc=1, λc=5,33

Cánh No 2: hình chữ nhật dạng profil SAGI “B” với ηc=1, λc=2,0

Cánh No 3: hình thang dạng profil SAGI “B” với ηc=1,54, λc=2,4

Mô hình mặt giới hạn gồm có 4 loại với các tham số biên dạng bề mặt khác nhau (xem bảng 2.2)

Hình 2.2: Cân khí động 6 thành phần

B u ồ n g c ô n g tá c 4

Bảng 2.2: Kích thước mô hình mặt giới hạn

Độ cao hđ(mm)

Khoảng cách giữa hai đỉnh λđ (mm)

2.2.4 Các nội dung thử nghiệm

hình hoá cũng như độ chính xác của các phương tiện đo cho hai trường hợp chảy bao mô hình cánh tự do và chảy bao mô hình cánh có mặt giới hạn

tính khí động học của cánh KCB ở các khoảng cánh h và góc tấn α khác nhau

nghiệm trong bước hai được thực hiện theo các phương án:

đặc tính khí động học của các loại cánh có hình dạng trên mặt chiếu bằng khác nhau Các mô hình cánh sử dụng trong phương án này là cánh No2 và cánh No

3, còn mặt giới hạn là mgh-1 Thí nghiệm được thực hiện ở mỗi góc tấn với các khoảng cách h khác nhau

+ Nghiên cứu ảnh hưởng biên dạng các mặt giới hạn đến đặc tính khí

động học của cánh KCB Sử dụng mô hình cánh No 2 và 4 mô hình mặt giới hạn: mgh-1, mgh-2, mgh-3 và mgh-4 Thí nghiệm được thực hiện ở khoảng cách

h= 0,2 với các góc tấn α khác nhau

+ Nghiên cứu ảnh hưởng vị trí tương đối giữa đỉnh của biên dạng bề mặt giới hạn với cánh đến đặc tính khí động học của cánh Sử dụng hai mô hình cánh No 2 và No 3 Mô hình nửa sóng đơn hình sin có độ cao hS=160mm và mô hình mặt giới hạn mgh-1 Mô hình nửa sóng đơn có khả năng dịch chuyển tịnh tiến trên mặt giới hạn mgh-1 từ phía trước mũi cánh đến phía sau đuôi cánh và

được cố định ở các vị trí ứng với các thời điểm khảo sát

2.3 Các kết quả thử nghiệm

2.3.1 Các kết quả thử nghiệm kiểm chứng

Hình 2.6: Hệ số c y so với thực nghiệm ở⎯h=0,075 Hình 2.5: Hệ số c y so với thực nghiệm

Góc tấn α

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

TN [48]

Góc tấn α

Trên hình 2.5 biểu thị sự phụ thuộc hệ số lực năng cy của cánh No1 vào góc tấn α trong điều kiện chảy bao tự do xem, còn trên hình 2.6 của cánh No2 với khoảng cách h=0,075

Các kết quả thử nghiệm, xác định hệ số lực nâng cy của cánh trong ống khí

động OT1 ở cả hai trường hợp chảy bao tự do và chảy bao có mặt giới hạn cho thấy, qui luật biến thiên của hệ số cy theo góc tấn α phù hợp với qui luật chung, còn sự sai lệch giữa các giá trị của hệ số cy so với các giá trị tương ứng trong [54] và [48] là không lớn (khoảng 5 ữ 7%)

2.3.2 Các kết quả thử nghiệm về sự ảnh hưởng của mặt giới hạn đến đặc tính khí động học của cánh KCB

- Kết quả khảo sát về sự ảnh hưởng khoảng cách giữa cánh và mặt giới hạn h đến hệ số lực nâng cy, hệ số lực cản cx, hệ số mômen chúcngóc mZ và cực tuyến của cánh hình chữ nhật với λC =2 xem trên các hình 2.7, 2.8, 2.9

Phân tích các kết quả thử nghiệm cho thấy, đối với hệ số lực nâng của cả hai cánh hình chữ nhật và hình thang đều phụ thuộc vào khoảng cách giữa mặt giới hạn với cánh ở cùng một góc tấn khoảng cách h càng nhỏ thì hệ số lực nâng càng lớn ở các khoảng cách h từ 0,15 đến 0,40 độ gia tăng của hệ số lực nâng lớn Điều này cũng phù hợp với qui luật biến thiên chung cy=f(h) mà ở các công trình nghiên cứu trước đây đã nhận được Hệ số lực nâng của cánh hình thang ở cùng khoảng cách h so với cánh hình chữ nhật nhận được giá trị lớn hơn là do ảnh hưởng của độ giãn dài λC lớn hơn so với ảnh hưởng của góc mũi tên χ Đối với hệ số lực cản cX của hai cánh, khi thay đổi khoảng cách h, sự

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

anpha=0 độ anpha=4 độ anpha=8 độ

anpha=0 độ anpha=4 độ anpha=8 độ

cx

thay đổi theo chiều giảm xuống khi h giảm chưa được thể hiện rõ rệt ở đây có

sự khác biệt là khi bay gần mặt giới hạn hệ số lực cản đối với cánh hình thang giảm rõ rệt hơn so với cánh hình chữ nhật Hệ số lực cản của cánh hình thang ở cùng một khoảng cách h và góc tấn α, nhận được giá trị nhỏ hơn

Còn đối với sự ảnh hưởng của khoảng cách h đến hệ số mômen chúc ngóc

mZ tương tự như ảnh hưởng đối với hệ số lực nâng cy Giá trị tuyệt đối của hệ số mômen mZ tăng khi khoảng cách h giảm, đặc biệt tăng rõ rệt ở các khoảng cách

h nhỏ (h=0,2 ữ 0,4) và ở các góc tấn lớn

- Kết quả khảo sát về sự ảnh hưởng của biên dạng các mặt giới hạn đến các hệ số lực nâng cy, hệ số lực cản cx hệ số mômen chúc ngóc mZ và cực tuyến của cánh hình chữ nhật với λc = 2, ηC = 1, ở độ cao⎯h=0,2 Xem trên các hình 2.14, 2.15, 2.16 và 2.17

Các kết quả thử nghiệm cho thấy ở các điều kiện thử nghiệm tương đương (cùng khoảng cách h, góc tấn α và số Re) ở cùng một khoảng cách h và góc tấn

α, mặt giới hạn có các đỉnh lồi lõm có giá trị của hệ số lực nâng cy và giá trị tuyệt đối

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

mgh-1 mgh-2 mgh-3 mgh-4

của hệ số mômen mZ sẽ lớn hơn so với mặt giới hạn có bề mặt phẳng Độ dài giữa hai

đỉnh biên dạng liền kề ít ảnh hưởng đến các giá trị của các hệ số cy và mZ, chỉ thể hiện

rõ rệt khi khoảng cách h nhỏ với góc tấn α lớn. Ngoài ra, đối với hai mặt giới hạn

có cùng độ cao đỉnh biên dạng và độ dài giữa hai đỉnh liền kề nhận thấy mức độ

ảnh hưởng của mặt giới hạn có kết cấu cứng vững mgh-2 sẽ lớn hơn so với mặt giới hạn có kết cấu không cứng vững mgh-4

- Kết quả khảo sát ảnh hưởng vị trí tương đối giữa đỉnh biên dạng của mặt giới hạn so với vị trí của cánh đến hệ số lực nâng cy của cánh hình chữ nhật và cánh hình thang ở khoảng cách h=0,40 và góc tấn α =40, xem trên hình 2.18

Hình 2.18: ảnh hưởng vị trí tương đối giữa đỉnh biên dạng với cánh đến

hệ số lực nâng c y

Hệ số lực nâng cy của cánh hình chữ nhật và cánh hình thang đều đạt giá trị lớn nhất không phải ở vị trí khi đỉnh biên dạng nằm trên đường pháp tuyến của mặt giới hạn đi qua điểm tâm áp của mỗi cánh, mà là ở những vị trí gần về phía mép đuôi các cánh Điều này, thực tế có nghĩa là khi khí cụ bay và đỉnh biên dạng cùng chuyển động với các vận tốc khác nhau (giả thiết vận tốc của KCB lớn hơn nhiều vận tốc của đỉnh biên dạng) Trường hợp nếu KCB và đỉnh biên dạng chuyển động theo cùng hướng, thời điểm mà hiệu ứng của mặt giới hạn lớn đối với cánh là lúc mà đỉnh biên dạng chưa kịp tới KCB, còn trường hợp

đỉnh biên dạng chuyển động ngược với hướng của KCB thì hiệu ứng tới mặt giới hạn lớn ứng với thời điểm mà KCB đã vượt qua đỉnh biên dạng

2.4 Kết luận chương 2

Các nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của mặt giới hạn đến đặc tính khí động học của cánh và KCB khi chuyển động gần nó đã thu được những kết quả không những có giá trị về kiểm chứng, mà còn có giá trị đóng góp mới về mặt khoa học trong lĩnh vực thực nghiệm khí động KCB chuyển động gần mặt giới hạn Tuy nhiên, do hạn chế kích thước buồng thử mô hình của ống khí động OT1, không thể đảm bảo kích thước của các mô hình mặt giới hạn lớn hơn nữa

so với các kích thước đặc trưng của các mô hình cánh Ngoài ra, ở những khoảng cách h rất nhỏ h < 0,1 do tác động của lớp biên đến dòng chảy bao ngoài, độ tin cậy các kết quả thử nghiệm còn chưa được đáp ứng thoả đáng Do vậy, nhiệm vụ của luận án cần phải nghiên cứu phát triển xây dựng phương pháp

số, bổ trợ và mở rộng phạm vi nghiên cứu giải quyết các bài toán về đặc tính khí

động học phi tuyến khi cánh và KCB chuyển động dừng và không dừng gần mặt giới hạn

Chương 3: xây dựng mô hình số xác định các đặc tính khí

động học của Khí cụ bay khi có ảnh hưởng của mặt

giới hạn 3.1 Đặt bài toán

Xét cánh KCB có hình dạng bất kỳ trên mặt chiếu bằng, chuyển động dừng hoặc không dừng trên môi trường khí nhớt, không chịu nén với vận tốc trung bình U0, gần với mặt giới hạn có biên dạng thay đổi (như dạng sóng) xem trên hình 3.1

Hình 3.1: Cánh khí cụ bay chuyển động gần mặt giới hạn 1- Cánh khí cụ bay; 2- Mặt giới hạn có biên dạng thay đổi;

oxyz- Hệ trục toạ độ Descartes liên kết với cánh

Trong dòng khí nhớt chảy bao cánh KCB và mặt giới hạn, lực tác dụng tương hỗ giữa chúng được phân bố theo phương pháp tuyến và tiếp tuyến Thành phần theo phương tiếp tuyến là do độ nhớt của chất khí tạo ra Thực tế cho thấy, trong nhiều bài toán với độ chính xác cần thiết, việc xác định các thành phần lực này được thực hiện một cách độc lập với nhau Điều này có nghĩa là khi xác

định áp suất hay là đặc tính khí động học cơ bản của cánh khí cụ bay như: hệ số lực nâng, hệ số mômen chúc ngóc có thể bỏ qua tính nhớt của môi trường và xem môi trường mà trong đó KCB và mặt giới hạn chuyển động là môi trường khí lý tưởng Cường độ của các xoáy tự do bất biến theo thời gian, nhưng vị trí của chúng trong không gian lại luôn thay đổi áp suất trên bề mặt cánh trong dòng nhiễu động không dừng được xác định dựa trên biểu thức tích phân Cauchy-Lagrange Trong trường hợp bài toán phi tuyến dừng, tồn tại sự khác biệt là định dạng của màn vết xoáy tự do được xác lập bằng các phương trình vi phân của các đường dòng lại trùng với các sợi trong màn vết xoáy tự do áp suất

ở các điểm trên bề mặt KCB trong dòng nhiễu động được xác định bằng biểu thức tích phân Bernoulli hoặc theo định lý Giucôpxki trong "lân cận bé"

3.2 Phương pháp xoáy rời rạc, xác định đặc tính khí động học phi tuyến của KCB khi chuyển động dừng và không dừng

Phương pháp xoáy rời rạc trong các bài toán khí động phi tuyến dừng và không dừng của KCB khi chuyển động trong môi trường không có mặt giới hạn