NGHIÊN cứu, THIẾT kế máy BAY UAV PHUN THUỐC TRỪ sâu ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

Mục đích của đồ án tốt nghiệp - Nghiên cứu, thiết kế máy bay UAV phun thuốc trừ sâu ứng dụng trong nôngnghiệp.. Nếu chúng ta cóthể áp dụng được những tính năng này trên những cánh đồng t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN QUANG HUY Lớp Kỹ thuật hàng không – K56 Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS NGUYỄN PHÚ KHÁNH

TS HOÀNG THỊ KIM DUNG

CHƯƠNG 1: ỨNG DỤNG HÀNG KHÔNG TRONG NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 06/2016

2

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Thông tin về sinh viên

Họ và tên : NGUYỄN QUANG HUY

Điện thoại liên lạc: 0989.386.233 Email: nghuykthk16@gmail.com

Lớp: KTHK - K56 Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Thời gian làm ĐATN:

2 Mục đích của đồ án tốt nghiệp

- Nghiên cứu, thiết kế máy bay UAV phun thuốc trừ sâu ứng dụng trong nôngnghiệp

3 Các nhiệm vụ cụ thể của đồ án tốt nghiệp

- Tính toán thiết kế, đưa ra các thông số cơ bản của máy bay UAV

- Tính toán mô phỏng đặc tính khí động mô hình cánh và máy bay

- Khảo sát đặc tính khí động bằng gói phần mềm Fluent của ANSYS

- Kiểm nghiệm, so sánh giữa quá trình mô phỏng và quá trình thựcnghiệm

- Tối ưu hóa sử dụng phần mềm thông minh Mesh morpher/Optimizer

- Xây dựng bản vẽ kĩ thuật thiết kế máy bay bằng phần mềm Solid Works

- Xây dựng bản vẽ cắt cho máy bay thu nhỏ

- Tìm hiểu hệ thống vòi phun

- Chế tạo và lắp ghép máy bay UAV cỡ lớn

- Tiến hành thử nghiệm

4 Lời cam đoan của sinh viên

Tôi – Nguyễn Quang Huy – Cam kết ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Phú Khánh và TS Hoàng Thị Kim

5 Xác nhận của giáo viên hướng dẫn về mức độ hoàn thành ĐATN và cho phép bảo vệ:

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Giảng Viên Hướng Dẫn

6 Nhận xét của giáo viên phản biện

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2016

Giáo viên phản biện

TS Vũ Quốc Huy

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cùng với các ngành phát triển khoa học và kỹ thuật ở Việt Nam, lĩnh vực hàngkhông đóng một vai trò thiết yếu cho sự phát triển chính trị, kinh tế và xã hội hiện nay Bêncạnh hàng không dân dụng, những vật thể bay không người lái UAV cũng đang dần dần làmột xu hướng mới đóng góp tích vào sự phát triển của nhiều ngành, nhiều lĩnh vực giúpđạt được những tính năng, hiệu suất cao nhất

Đặc biệt với một đất nước xuất thân từ nông nghiệp như chúng ta Ứng dụng củahàng không trong công nghiệp đã được thực hiện một cách thành công tại nhiều quốc giatrên thế giới chẳng hạn như phun thuốc trừ sâu, chất hóa học, phân bón Nếu chúng ta cóthể áp dụng được những tính năng này trên những cánh đồng thì chúng ta sẽ tăng đượchiệu suất công việc, giúp tiết kiệm được sức lao động của người nông dân, giảm thiểunhững vấn đề sức khỏe nghiêm trọng đối với con người và đem đến lượng lớn giá trị vềkinh tế, tiết kiệm được những khoản chi phi lớn nhờ không phải dành tiền cho việc phunthuốc, tưới bón

Trong khuôn khổ đồ án “Nghiên cứu, thiết kế máy bay UAV phun thuốc trừ sâu

ứng dụng trong nông nghiệp”, những nội dung sau đã được thực hiện:

 Tìm hiểu ứng dụng của hàng không trong nền kinh tế nông nghiệp

 Tính toán thiết kế, đưa ra các thông số cơ bản của máy bay UAV

 Tính toán mô phỏng đặc tính khí động mô hình cánh và máy bay

 Khảo sát đặc tính khí động của máy bay bằng gói phần mềm Fluent của ANSYS

 Kiểm nghiệm, so sánh giữa quá trình mô phỏng và thực nghiệm

 Tối ưu hóa sử dụng phần mềm thông minh Mesh morpher/optimizer trong ANSYS

 Xây dựng bản vẽ kĩ thuật thiết kế máy bay phun thuốc trừ sâu bằng phần mềmSolid Works

 Xây dựng bản vẽ cắt cho máy bay thu nhỏ

 Tìm hiểu hệ thống vòi phun

 Chế tạo và lắp ghép máy bay UAV cỡ lớn

 Tiến hành thử nghiệm

ABSTRACT OF THESIS

With the development of science and technology in Vietnam, the aviation industryplays an integral part in developing policies, economies and societies Besides civilaviation, Unnamed aircraft vehicle is also become gradually a new trend contributing to thedevelopment of many fields helps them gain the highest function and efficiency

Especially, VietNam is a country originating from the agriculture Aerial applications

in agriculture are executed in many countries in the world such as spraying pesticides,chemicals, fertilizer, etc If we can apply these application in farms, we will gainincreasing efficiencies, help saving labour from framers, reduce serious health problem inpeople and bring enormous economic benefits, save a great deal of money since they donot have spend money on spraying pesticide or fertilizer

In the framework of the project ‘‘Researching, designing UAV aircraft spraying

pesticides in agriculture’’, there are 5 main works:

 Learning the application of aviation in the agricultural economy

 Computing, designing and providing the basic parameters of UAV aircraft

 Computing and simulating the aerodynamic performance of aircraft wings model

 Conducting the survey on aerodynamic performance with ANSYS ‘s Fluentsoftware package

 Examining the comparsion between simulation and experiment

 Optimizing by using Mesh morpher/Optimizer in ANSYS

 Designing the technical drawing of aircraft by Solid Works software

 Constructing the drawing

 Finding out the spraying system

 Making and assembling the UAV

 Examining

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 ỨNG DỤNG CỦA HÀNG KHÔNG TRONG NÔNG NGHIỆP 2

1.1 Tầm quan trọng [5] 2

1.2 Một số máy bay ứng dụng trong nông nghiệp [5] 3

1.2.1 Embraer EMB 202 3

1.2.2 Cessna 188 4

1.2.3 Grumman Ag Cat 4

1.2.4 Máy bay trực thăng phun thuốc trừ sâu 5

CHƯƠNG 2 HƯỚNG TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 6

2.1 Ưu nhược điểm của 2 loại máy bay cánh bằng và trực thăng [5] 6

2.2 Vấn đề khi ứng dụng máy bay cánh bằng trong nông nghiệp [5] 6

2.2.1 Phương pháp phun thuốc trừ sâu trên không 6

2.2.2 Cách thức triển khai trên diện tích đất trồng 7

2.2.3 Điều kiện khí tượng 8

2.2.4 Thời điểm phun thuốc điều trị 8

2.2.5 Cấu tạo và các bộ phận của máy bay nông nghiệp: 9

2.3 Nguyên tắc cơ bản khi ứng dụng máy bay phun thuốc trừ sâu: [5] 9

2.3.1 Tốc độ bay 9

2.3.2 Kiểu bay trường 10

2.3.3 Đánh dấu đường vạt phun 10

2.3.4 Quỹ đạo bay 11

2.3.5 Xử lý hóa chất 11

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ 12

3.1 Đặt vấn đề 12

3.1.1 Quy trình thiết kế [5] 12

3.1.2 Các yêu cầu đặt ra cho máy bay 12

3.1.3 Ước tính sơ bộ khối lượng máy bay 13

3.1.4 Xác định Wpayload 14

3.1.5 Xác định We/W0 14

3.1.6 Xác định Wf /W0 14

3.1.7 Tính toán các thông số của máy bay 17

3.1.8 Tính toán cánh chính: 21

3.1.9 Cấu hình thân 23

3.1.10 Xây dựng bản vẽ kích thước hoàn chỉnh 29

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 30

4.1 Phương pháp tính toán động lực học chất lưu (CFD) 30

4.1.1 Giới thiệu phần mềm FLUENT 30

4.1.2 Sử dụng phần mềm tối ưu hóa Mesh morpher/Optimizer 31

4.1.3 Khảo sát đặc tính khí động và tối ưu hóa 37

4.1.4 Thiết lập thông số đầu vào 38

4.2 Tiến hành thực nghiệm 52

4.2.1 Những dụng cụ, đồ đạc tiến hành trong thực nghiệm 53

4.2.2 Tiến hành đo 54

CHƯƠNG 5 HỆ THỐNG VÒI PHUN VÀ QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM 57

5.1 Hệ thống vòi phun 57

5.1.1 Trang thiết bị 57

5.1.2 Hệ thống chất lỏng 57

5.1.3 Những bước cơ bản xác định lượng thuốc cần phun 58

5.1.4 Sơ lược về loại vòi phun 59

5.1.5 Lắp đặt hệ thống vòi phun trên máy bay 64

5.2 THIẾT KẾ MÁY BAY PHUN THUỐC TRỪ SÂU 68

5.2.1 Thiết kế mô hình qua phần mềm Solidwork 68

5.2.2 Chế tạo và lắp ghép mô hình 69

5.2.3 Kiểm tra thử nghiệm 72

KẾT LUẬN 74

ĐỊNH HƯỚNG 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Ứng dụng hàng không trong công nghiệp 2

Hình 2 Máy bay Embraer 3

Hình 3 Máy bay Cessna 188 4

Hình 4 Máy bay Gumman 5

Hình 5 Máy bay R max 5

Hình 6 Cấu tạo máy bay phun thuốc sâu 9

Hình 7 Quỹ đạo bay phun thuốc sâu với diện tích nhỏ 10

Hình 8 Quỹ đạo bay phun thuốc trừ sâu 11

Hình 9 Quy trình thiết kế 12

Hình 10 Mỗi quan hệ giữa W 0 và W e 14

Hình 11 Lịch trình bay đơn giản 15

Hình 12 Cơ sở dữ liệu Airfoil 20

Hình 13 Đồ thị đặc tính khí động Aerofoil 20

Hình 14 Biểu đồ tỷ lệ 22

Hình 15 So sánh hệ số lực nâng giữa cánh 3D và airfoil 23

Hình 16 Động cơ 2 cylinder 24

Hình 17 Các loại kết cấu đuôi 25

Hình 18 Các hệ thống càng đáp 28

Hình 19 Thiết kế càng đáp 29

Hình 20 Bản vẽ kích thước hình chiếu máy bay 29

Hình 21 Sự thay đổi hình dáng của ống 31

Hình 22 Thay đổi hình dáng ống 32

Hình 23 Xử lý nhiều vùng biến dạng trên vật thể 32

Hình 24 Tối ưu hóa hình dáng của ô tô nhằm mục đích giảm lực cản 32

Hình 25 Khung điều khiển và điểm điều khiển 33

Hình 26 Sự dịch chuyển 1 điểm điều khiển 33

Hình 27 Sự dịch chuyển của nhiều điểm điều khiển 34

Hình 28 Mô hình cánh chính 38

Hình 29 Miền tính toán cho cánh 3D 38

Hình 30 Biểu đồ giám sát, Cl, Cd, Cm 40

Hình 31 Áp suất mặt trên và dưới cánh 40

Hình 32 Đường dòng vận tốc qua cánh chính 41

Hình 33 Mô hình cánh thường và cánh wingtip 41

Hình 34 Tạo ô điều khiển trên cánh 43

Hình 35 Tạo sự ràng buộc 43

Hình 36 Tạo sự điều chỉnh cho các điểm 43

Hình 37 Thực hiện lệnh tối ưu hóa Optimizer 43

Hình 38 Thay đổi giá trị các điểm điều khiển 44

Hình 39 Thay đổi về giá trị áp suất sau và trước khi thực hiện tối ưu 44

Hình 40 Bản vẽ kích thước hình chiếu máy bay 45

Hình 41 Mô hình UAV 45

Hình 42 Miền tính toán Fluid 46

Hình 43 Mô hình lưới UAV 46

Hình 44 Đồ thị giám sát,đồ thị Cl, Cd, Cm 48

Hình 45 Mô hình đường dòng vận tốc qua máy bay 48

Hình 46 Đồ thị lực nâng, lực cản theo góc tấn 50

Hình 47 Lựa chọn vùng điều khiển 50

Hình 48 Xác định ràng buộc 51

Hình 49 Bảng điều khiển điểm điều khiển 51

Hình 50 Bảng điều khiển sự tối ưu hóa 51

Hình 51 Ống khí động 53

Hình 52 Thiết bị gá 53

Hình 53 Bản vẽ thiết kế 53

Hình 54 Mô hình chế tạo 54

Hình 55 Hiện tượng xoáy xuất hiện trên máy bay 54

Hình 56 Sự phân bố ống đo trên máy bay thực tế 54

Hình 57 Mô hình trong ống khí động 55

Hình 58 Các loại vòi phun cơ bản 60

Hình 59 Ảnh hưởng của thời tiết khi phun thuốc 61

Hình 60 Cách bố trí vòi phun tối ưu 63

Hình 61 Góc đặt vòi phun 63

Hình 62 Thao tác bay khi hướng gió ngang 63

Hình 63 Thao tác thực hiện máy bay bay vòng 64

Hình 64 Thùng chứa nhiên liệu 65

Hình 65 Bơm tăng áp 65

Hình 66 Pin lipo 65

Hình 67 Servo 66

Hình 68 Cách lắp đặt hệ thống vòi phun 66

Hình 69 Lắp đặt hệ thống vòi phun trên máy bay 67

Hình 70 Hình chiếu của máy bay 68

Hình 71 Bản vẽ cắt máy bay UAV 69

Hình 72 Lắp ghép mô hình 70

Hình 73 Bọc gỗ balsa 70

Hình 74 Máy bay khi hoàn chỉnh và dán decan 71

Hình 75 Quá trình bay, cất và hạ cánh 73

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Tỷ lệ khối lượng nhiên liệu đầu và cuối mỗi hành trình 15

Bảng 2 So sánh đặc tính khí động Aerofoil 20

Bảng 3 Chất lượng lưới đã chia 46

Bảng 4 Chất lượng lưới theo tiêu chuẩn Orthogonal quality 46

Bảng 5 Bảng điều khiển giá trị và kết quả 52

Bảng 6 Bảng điều khiển giá trị và kết quả 55

Bảng 7 Đồ thị so sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng 56

Bảng 8 Mối quan hệ giữa tốc độ và chiều rộng giàn phun 58

Bảng 9 Kích thước các loại hạt 61

Bảng 10 Độ che phủ của kích thước các loại hạt 62

Bảng 11 Khoảng cách dịch chuyển của các loại hạt 62

Bảng 12 Sự dịch chuyển và rơi của các hạt khi có gió 62

Bảng 13 Kích thước của máy bay UAV 68

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

VMD: Volume median diameter – Nửa thể tích đường kính chứa các hạt có kíchthước lớn hơn

VF: Very fine – Chất lượng hạt loại rất tốt

F: Fine – Chất lượng hạt loại tốt

M: Medium – Chất lượng hạt loại trung

C: Coarse – Chất lượng hạt loại thô

XC: Extremely Coarse – Chất lượng hạt loại rất thô

GPM: Gallon per minute – Thể tích dung dịch gallon được phun ra mỗi phút

Acres: Đơn vị mẫu anh

1 Gallon = 4.54 lít (tại anh) = 3.78 lít (tại Mỹ)

1 Pint: Panh = 0.58 lít

1 Feet = 0.3048 m

1 Inch = 2.54 cm

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với các ngành phát triển khoa học và kỹ thuật ở Việt Nam, lĩnh vực hàngkhông đóng một vai trò thiết yếu cho sự phát triển chính trị, kinh tế và xã hội hiệnnay Bên cạnh hàng không dân dụng, những vật thể bay không người lái UAV cũngđang dần dần là một xu hướng mới đóng góp tích vào sự phát triển của nhiều ngành,nhiều lĩnh vực giúp đạt được những tính năng, hiệu suất cao nhất

Đặc biệt với một đất nước xuất thân từ nông nghiệp như chúng ta Ứng dụnghàng không trong công nghiệp được thực hiện một cách thành công tại nhiều quốcgia trên thế giới chẳng hạn như phun thuốc trừ sâu, chất hóa học, phân bón Nếu ápdụng được những tính năng này trên những cánh đồng thì sẽ tăng được hiệu suấtcông việc, tiết kiệm sức lao động và đem đến lượng lớn giá trị về kinh tế

Vì vậy, việc áp dụng đưa khoa học kỹ thuật hiện đại vào nông nghiệp trở nêncần thiết và thực tiến, cụ thể là thiết kế máy bay phục vụ nông nghiệp như phunthuốc trừ sâu, hóa chất, phân bón cho các trang trại có diện tích lớn hàng trămhecta… Điều này đem lại lợi ích to lớn về kinh tế, góp phần thúc đẩy nền nôngnghiệp Việt Nam theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa Với nhu cầu thực tế

này, em chọn đề tài là: “ Nghiên cứu, thiết kế máy bay UAV phun thuốc trừ sâu

ứng dụng trong nông nghiệp”.

Trong thời gian làm đồ án mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn sẽ

có những thiếu sót là điều không thể tránh khỏi Tuy nhiên em hy vọng đây sẽ làmmột bàn đạp, một nền tảng vững chắc để em có thể phát triển và đưa vào sản xuấtmáy bay UAV phục vụ trong nông nghiệp ở Việt Nam

Với đồ án tính toán, thiết kế máy bay nhỏ dùng trong nông nghiệp là một côngviệc khá lớn nhưng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là

dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của cô TS Hoàng Thị Kim Dung và thầy PGS.TS.

Nguyễn Phú Khánh em cũng đã hoàn thiện một cách tốt nhất cho đồ án môn học.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong bộ môn HàngKhông & Vũ Trụ cũng như các bạn bè và các anh trên trung tâm DASI đã giúp đỡ

em trong suốt quá trình học tập

Kính mong được sự góp ý và chỉnh sửa của các thầy, cô giáo

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Nguyễn Quang Huy

Chương 1: Ứng dụng của hàng không trong nông nghiệp

CHƯƠNG 1 ỨNG DỤNG CỦA HÀNG KHÔNG TRONG NÔNG

NGHIỆP 1.1 Tầm quan trọng [5]

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành hàng không Việt Nam cũngđang trên đà phát triển trên mọi lĩnh vực, như: khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa, đặcbiệt là trong công nghệ chúng ta đã có từng bước đi trong việc chế tạo linh kiện, chitiết máy bay hay loại máy bay UAV Với xu hướng phát triển khoa học, kỹ thuật ởViệt Nam nói chung và ngành hàng không nói riêng thì việc đưa vào tiến hành nghiêncứu, chế tạo các loại máy bay UAV phục vụ trong các lĩnh vực thương mại, du lịch,nông lâm ngư nghiệp, y tế… là một công việc thực tiễn phù hợp với bối cảnh nền kinh

tế nước ta

Nhận thấy Việt Nam là một nước đang phát triển chủ yếu dựa vào nông nghiệp,nhằm mục đích giảm thiểu sức người, hạn chế phải tiếp xúc trực tiếp với chất độc hại,bớt thời gian làm việc đồng thời nâng cao chất lượng, năng suất thu hoạch Vì vậy,việc áp dụng đưa khoa học kỹ thuật hiện đại vào nông nghiệp trở nên cần thiết và thựctiến, cụ thể là thiết kế máy bay phục vụ nông nghiệp như phun thuốc trừ sâu, hóa chất,phân bón cho các trang trại có diện tích lớn hàng trăm hecta… Tiết kiệm sức lao động,tăng hiệu quả phun thuốc, triển để dịch bệnh, đem lại lợi ích to lớn về kinh tế, gópphần thúc đẩy nền nông nghiệp Việt Nam theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa

Chương 1: Ứng dụng của hàng không trong nông nghiệp

Hình 1 Ứng dụng hàng không trong công nghiệp

1.2 Một số máy bay ứng dụng trong nông nghiệp [5]

Trên thế giới hiện nay các dạng máy bay phun thuốc trừ sâu được phát triển và sửdụng rộng rãi gồm 2 loại chính, là máy bay cánh bằng và trực thăng

1.2.1 Embraer EMB 202

Embraer Ipanema 202 là một loại máy bay nông nghiệp được sử dụng để phunhóa chất trên các khu vực canh tác nông nghiệp rộng lớn Nó được sản xuất bởi hãngIndustrial Aeronautical Neiva của Brazil Loại máy bay này được sử dụng rộng rãi tạiBrazil, tên Embraer Ipanema bắt nguồn từ một nông trại nơi nó được thử nghiệm đầutiên

Chương 1: Ứng dụng của hàng không trong nông nghiệp

Chương 1: Ứng dụng của hàng không trong nông nghiệp

Hình 3 Máy bay Cessna 188

Chương 1: Ứng dụng của hàng không trong nông nghiệp

1.2.4 Máy bay trực thăng phun thuốc trừ sâu

Công nghệ sản xuất trực thăng không người lái UAV cỡ nhỏ ở Nhật Bản đã pháttriển đến mức cao Hiện Nhật Bản có tới 2.400 trực thăng UAV có tên là Rmax được

sử dụng để phun thuốc trừ sâu, bón phân và gieo hạt

UAV loại Rmax do hãng Yamaha chế tạo UAV được điều khiển từ xa bằng mộtthiết bị cầm tay, sử dụng sóng vô tuyến điều hướng, điều chỉnh tầm cao

Rmax được lắp động cơ xăng hai thì, hai xi-lanh dung tích 246cc, công suất 21

mã lực, tốc độ vận hành 24 km/h Do được sử dụng trong nông nghiệp, Rmax có cấutạo phù hợp độ cao 5m so với mặt đất

Rmax được lắp một hệ thống bơm xịt, cùng 2 vòi phun hai bên, được điều tốcbằng cảm biến từ xa để phun thuốc trừ sâu, bón phân qua lá với mật độ chính xác Nó

có thể mang theo 28kg vật tư nông nghiệp treo hai bên thân

Hình 5 Máy bay Rmax

Chương 2: Hướng tiếp cận và phương án thiết kế

CHƯƠNG 2 HƯỚNG TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Ưu nhược điểm của 2 loại máy bay cánh bằng và trực thăng [5]

Ưu điểm - Cơ cấu đặt vòi phun đơn giản

- Tính khí động và hiệu suất cao

- Không cần đường băng để cấtcánh

- Điều khiển đơn giản

- Kết cấu đơn giản

- Cấu tạo đơn giản

Nhược điểm - Thích hợp trong vùng diện tích

nhỏ

- Kết cấu, điều khiển phức tạp

- Hệ thống vòi phun phức tạp

- Cần đường băng lớn để cấtcánh

- Tốn nhiều nhiên liệu

Từ những ưu nhược điểm của 2 loại máy bay Ta chọn thiết kế loại UAV cánh bằng cho ứng dụng phun thuốc sâu trong nông nghiệp.

2.2 Vấn đề khi ứng dụng máy bay cánh bằng trong nông nghiệp [5]

2.2.1 Phương pháp phun thuốc trừ sâu trên không

Thuốc trừ sâu

Các ứng dụng và phương pháp thực tiễn sử dụng thuốc trừ sâu; (bao gồm cảthuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, thuốc diệt côn trùng, phân bón) được sử dụng cho cácđối tượng cây trồng nông nghiệp (ví dụ như dịch hại sinh vật, cây trồng hoặc thực vậtkhác) Vấn đề quan tâm chính là sử dụng thuốc trừ sâu hợp lý làm cho quá trình này làhiệu quả nhất có thể, để giảm thiểu tối đa ảnh hưởng tiêu cực vào môi trường và conngười tiếp xúc (bao gồm cả các nhà khai thác, những người xung quanh và người tiêudùng của sản phẩm) Việc thực hành quản lý dịch hại bởi các ứng dụng hợp lý thuốctrừ sâu là vô cùng đa ngành, kết hợp nhiều khía cạnh sinh học và hóa học với: nônghọc, kỹ thuật, khí tượng học, kinh tế xã hội và y tế công cộng, cùng với các ngành mớinhư công nghệ sinh học và thông tin khoa học

Khối lượng Ultra-Low (ULV)

Thuật ngữ Khối lượng Ultra-Low (ULV) (phun) được sử dụng trong trường hợpứng dụng phun thuốc trừ sâu trên cao Ứng dụng khối lượng Ultra-Low của thuốc trừsâu đã được định nghĩa là một tỉ lệ khối lượng ứng dụng (VAR) nhỏ hơn 5 L/ha đốivới cây trồng trường hay ít hơn 50 L/ha cho cây/cây bụi VAR bằng 0.25 - 2 l/ha làđiển hình cho ứng dụng ULV trên không cho diệt trừ sâu, châu chấu, dịch bệnh lây lantheo mùa ULV phun là một kỹ thuật phun được thành lập và duy trì các phương pháp

Chương 2: Hướng tiếp cận và phương án thiết kế

tiêu chuẩn kiểm soát dịch châu chấu với thuốc trừ sâu và cũng được sử dụng rộng rãibởi các nông dân trồng bông ở miền trung-nam và tây Phi

Phương pháp này cũng được sử dụng trong các chiến dịch phun trên không lớnchống lại sinh vật gây bệnh như tse-bay (một loài ruồi hút máu động vật gây dịch bệnhtại Châu Phi)

Lợi ích chính của ứng dụng ULV là tỷ lệ công việc cao (tức là ha có thể đượcđiều trị trong một ngày) Đây là một sự lựa chọn tốt cho phương pháp phun thuốc trừsâu

Các điều kiện áp dụng:

+ Diện tích đất lớn để điều trị

+ Yêu cầu phản ứng nhanh

+ Ít hoặc không có nước để làm hỗn hợp thùng thuốc trừ sâu

+ Các vấn đề về hậu cần đối với vật tư

+ Địa hình khó tiếp cận trực tiếp

2.2.2 Cách thức triển khai trên diện tích đất trồng

Yếu tố chuẩn bị đầy đủ ban đầu sẽ đảm bảo rằng việc phun thuốc thực tế đượcthực hiện theo các điều kiện an toàn nhất và phun chính xác thời gian sẽ giúp đảm bảorằng các sản phẩm được sử dụng sẽ có hiệu quả tối ưu Người lao động, nhân viênhoặc người xử lý phải chắc chắn rằng tất cả các thiết bị an toàn, quần áo và thiết bị bốc

dỡ máy bay cần được sạch sẽ và trong tình trạng tốt

Khảo sát thực địa

Các tác động môi trường có thể có của các đối tượng được chọn sẽ được xem xétkhi quyết định để thực hiện Việc thí điểm chấp nhận trách nhiệm để xử lý một khuvực cụ thể và quyết định để phun sẽ được thực hiện sau một chuyến bay kiểm tra sơ bộ

để chú ý vị trí ranh giới và xác định các phương pháp đánh dấu mặt đất Các phi côngcũng sẽ lưu ý vị trí của cây, dây điện trên cao, nơi ở, đường thủy, vật nuôi mà có thể bị

sợ hãi bởi máy bay bay thấp, uốn lượn và bay vòng, trong đó có thể ảnh hưởng đếnhiệu suất máy bay, số lượng và vị trí của các tiêu điểm yêu cầu Cây liền kề phải đượcghi nhận và quan sát đường bộ, đường sắt, đặc biệt là khi chúng được xây dựng trên bờ

kè, có thể hạn chế nhiều động máy bay

Phi công phun phải tuân theo pháp luật quốc gia liên quan đến kích thước của bắtbuộc "không-phun" (buffer-vùng đệm) ranh giới Nhãn sản phẩm sẽ quy định các bộđệm chiều rộng nơi thích hợp Ở một số quốc gia, có tổ chức tư vấn sẵn sàng hỗ trợviệc đánh giá rủi ro môi trường địa phương khi một loại thuốc trừ sâu được sử dụng

Chương 2: Hướng tiếp cận và phương án thiết kế

2.2.3 Điều kiện khí tượng

Hiệu quả phun thuốc bị ảnh hưởng rất nhiều bởi điều kiện khí tượng địa phương

và chiều cao cây Vận tốc và hướng gió, nhiệt độ, độ ẩm tương đối đều ảnh hưởngtới hiệu suất phun Khoảng cách một giọt phun đi phụ thuộc vào kích thước và vận tốcgiọt xuống, chiều cao phun và các điều kiện môi trường xung quanh Xoáy được tạo rabởi các mũi cánh máy bay cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả phân phối phun

Gió

Máy bay phun thuốc thường được tiến hành khi tốc độ gió bề mặt ít hơn 6m/s, đó

là tốc độ an toàn để xử lý và an toàn bay Tuy nhiên, trong khu vực bất ổn đặc biệtnhững con số trên có thể được giảm Phun phải được thực hiện có tính đến gió ngược

để đảm bảo rằng tốc độ bay và tỷ lệ ứng dụng vẫn như cũ cho cả hai hướng bay.Khoảng cách mà các động thái phun sẽ thay đổi theo cường độ gió và độ cao máy bay

Nhiệt độ

Trong thông thường góc phun, nhiệt độ cao, kết hợp với độ ẩm thấp sẽ làm giảmkích thước giọt do bay hơi, mà sẽ làm tăng nguy cơ trôi dạt Khi nhiệt độ tăng bất ổnnên khí quyển tăng lên Phun không được tiến hành tại nơi có không khí chuyển độnglên hoặc nơi một nghịch nhiệt ngăn cản việc giải quyết phun đám mây trong khu vựcđiều trị Đối ULV phun thuốc, điều kiện của sự nhiễu loạn nhẹ, tương tự như nhữngkhuyến cáo để phun thông thường, là một lợi thế Độ ẩm tương đối có thể được tínhtoán từ các bảng, bằng cách xác định sự khác biệt giữa các nhiệt kế bầu ướt và khô (độẩm) Khi sự khác biệt giữa các bóng ướt và khô hơn 8°, đình chỉ phun dung dịch nướckhông nên phun

2.2.4 Thời điểm phun thuốc điều trị

Các thời điểm tối ưu để phun sẽ phụ thuộc vào các dịch hại, cỏ dại và bệnh pháttriển giai đoạn Điều trị thời gian cũng sẽ bị chi phối bởi điều kiện khí tượng, trong đó

có thể ảnh hưởng đến tổn thất từ hiện tượng trôi dạt và từ đối tượng phun dễ bay hơi.Nhiệt độ, độ ẩm tương đối, hướng gió, tốc độ gió và lượng mưa đều ảnh hưởng hiệuquả phun Nhãn sản phẩm sẽ cho biết khoảng thời gian điều trị có thể được áp dụngtrước khi mưa và cũng có thể chỉ ra các liều lượng cần thiết cho ứng dụng nếu phunban đầu được pha loãng bởi mưa một cách bất ngờ ngay sau khi phun thuốc Nếu ứngdụng thời gian là chính xác, có thể cần điều trị phun ít Việc sử dụng mô hình máy tínhphù hợp để dự đoán thời gian phun có thể giúp giảm số lượng các phương pháp điềutrị cần thiết và dự báo sâu bệnh chính xác có thể hữu ích Thời gian trong ngày mộtđiều trị được áp dụng có thể là quan trọng Thời gian phun tối ưu cho hiệu quả có thểtrùng với thời gian kiếm ăn của côn trùng có ích Do đó, quan trọng là hiểu cây trồng,

Chương 2: Hướng tiếp cận và phương án thiết kế

côn trùng, phát triển của bệnh và tình trạng của các sinh vật có ích để xác định khiphun Một sự hiểu biết về sản phẩm của chế độ hành động liên quan đến phát triển câytrồng cũng sẽ được thuận lợi

2.2.5 Cấu tạo và các bộ phận của máy bay nông nghiệp:

Hình 6 Cấu tạo máy bay phun thuốc sâu

2.3 Nguyên tắc cơ bản khi ứng dụng máy bay phun thuốc trừ sâu: [5]

Mục đích của phần này là để xác định một số vấn đề và đề xuất các phương tiện

để giải quyết chúng Mặc dù số lượng máy bay được cấp phép để phun trên không đãgiảm gần đây, nơi các khu vực thống nhất lớn phải được điều trị nhanh chóng, ứngdụng máy bay thường được coi là tiết kiệm nhiên liệu hơn so với phun mặt đất Máybay được sử dụng để áp dụng vật liệu cả chất lỏng và rắn cũng như để phát sóng giốngkhi điều kiện đất đai ngăn cấm việc sử dụng các thiết bị mặt đất

2.3.1 Tốc độ bay

Tốc độ bay có thể thay đổi 100-160 mph nhưng là khoảng 120 mph cho cây bụi

và cỏ dại phun Chiều dài cần phun không nên có nhiều hơn ba phần tư chiều dài sảicánh vì các xoáy ở đầu cánh hỗn loạn gây ra trôi Máy bơm phun có các van và vòiđóng ngắt phải có valves kiểm tra để tránh phun liên tục hoặc rò rỉ Vòi phun thủy lực

là loại chiếm ưu thế sử dụng trên máy bay và nhiều loại và kích cỡ có sẵn Khi sử dụngmột loại thuốc trừ sâu đã được phê duyệt, mục tiêu là để phân phối các liều lượngchính xác cho một mục tiêu được xác định với tối thiểu lãng phí do trôi dạt sử dụngthiết bị phun thuốc thích hợp nhất Phân phối phun chấp nhận được là tương đối dễdàng để đạt được với hầu hết trên mặt đất với chỉ đạo phun, nhưng phun áp dụng vớicác máy bay cánh cố định thì trình bày vấn đề phức tạp hơn

Chương 2: Hướng tiếp cận và phương án thiết kế

2.3.2 Kiểu bay trường

Với ruộng hình chữ nhật, các thủ tục thông thường là để bay trở lại và ra trêncác lĩnh vực trong đường song song Hướng bay nên song song với trục dài của lĩnhvực này vì số lần lượt được giảm Trường hợp chéo gió xảy ra, điều trị nên bắt đầu ởphía hướng gió để lưu ý các phi công bay qua vạt cắt trước đó, như thể hiện trong biểu

đồ dưới đây

Hình 7 Quỹ đạo bay phun thuốc sâu với diện tích nhỏNếu khu vực này là quá gồ ghề và dốc, các đường bay nên theo dọc theo đườngviền của các sườn dốc Nơi các khu vực chỗ quá dốc cho công việc đồng mức (địahình miền núi), làm cho tất cả các phương pháp điều trị xuống dốc Tránh bay songsong với một dòng suối, hồ lớn nếu có một xu hướng trôi dạt về phía dòng suối hoặchồ

2.3.3 Đánh dấu đường vạt phun

Những mảng có thể được đánh dấu bằng cờ đặt trên chiều cao của cây trồng đểhướng dẫn thí điểm Phương pháp này rất hữu ích nếu cánh đồng này được điều trịnhiều lần trong một mùa Hai người cầm cờ hiệu có thể được sử dụng để hỗ trợ các thíđiểm để xếp hàng trên lĩnh vực này Khi thí điểm đã xếp hàng trên vạt cắt của mình,các nhân viên cho dấu hiệu bằng cờ gần bắt đầu đi đi lại lại off (hay đếm các hàng cây)đến vạt cắt tiếp theo Người cầm cờ hiệu nên tránh bị phun trực tiếp vào và họ sẽkhông bao giờ quay lưng lại về phía một máy bay đang tới

Tiêu điểm tự động (thiết bị đánh dấu vạt cắt) đang được sử dụng phổ biến hiệnnay Các thiết bị này, gắn liền với chiếc máy bay và điều khiển bởi phi công, phát hànhcác bộ truyền trọng Những bộ truyền cho các phi công có thể nhìn thấy một dấu hiệu

để giúp đánh giá các vạt cắt tiếp theo Con dấu thông thường trong các lĩnh vực cũngđang được sử dụng phổ biến

Chương 2: Hướng tiếp cận và phương án thiết kế

2.3.4 Quỹ đạo bay

Vào cuối mỗi vạt cắt phi công nên ngừng phun thuốc và nên bay đủ xa ngoài lĩnhvực đến lượt của mình để cho phép điều chỉnh tốc độ cũng như hướng lái trước khivào vạt cắt tiếp theo, như thể hiện trong sơ đồ sau đây:

Hình 8 Quỹ đạo bay phun thuốc trừ sâu

2.3.5 Xử lý hóa chất

Để giúp giữ cho máy bay phun an toàn, và tiếp xúc với nhân viên xử lý đến mứctối thiểu, nếu có thể ưu tiên phải được đưa ra để sử dụng các gói thuốc trừ sâu xử lýthông qua hệ thống chuyển khép kín Xử lý và tải sản phẩm hóa học chỉ được thựchiện bởi đội ngũ nhân viên được đào tạo đầy đủ và được bảo vệ Chỉ chất PPE được sửdụng Chất hấp thụ để chứa tràn hóa chất phải có sẵn tại trang bị hóa học Khoangchứa vật tư cần phải được giữ an toàn ở tất cả các lần phun và phải có một phần antoàn để lưu trữ sạch, thùng chứa hoá chất trước khi thu thập để xử lý

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ 3.1 Đặt vấn đề

Trong chương này em sẽ nghiên cứu tính toán các thông số cơ bản và đưa ra cấuhình thân, cánh, càng đáp cho máy bay Kết quả cuối cùng là đưa ra bản vẽ thiết kếcho một UAV hoàn chỉnh

Cấu hình thiết kế sẽ được dựa trên mẫu máy bay phun thuốc trừ sâu thực tếEMB 202, các thông số tham khảo để là chỉ số AR, góc vếch, tỉ lệ thân cánh…

3.1.1 Quy trình thiết kế [5]

Hình 9 Quy trình thiết kế

3.1.2 Các yêu cầu đặt ra cho máy bay

Loại máy bay và tầm bay

Mục tiêu thiết kế nhằm ứng dụng và phục vụ trong nông nghiệp như phun thuốctrừ sâu, phân bón hay các hóa chất trên diện tích rộng

Thiết kế dạng máy bay UAV vì nó có tính ứng dụng cao, an toàn có thể thíchnghi nhiều loại địa hình, dễ chế tạo và sản xuất hơn nữa ít xảy ra ảnh hưởng nghiêmtrọng khi xảy ra sự cố, đặc biệt chi phí giá thành rẻ phù hợp với việc sử dụng trongnông nghiệp

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

Máy bay được thiết kế dùng cho những nông trại có diện tích vừa và rộng nêntầm bay khoảng R= 30km

Tính năng kỹ thuật

- Có đặc tính khí động tốt

- Có đặc tính STOL (Short Take Off Landing) tức là khoảng cất hạ cánh ngắn

- Tiêu thụ nhiên liệu ít

- Vận tốc hạ cánh là thấp nhất

- Trọng lượng kết cấu thấp nhưng độ bền kết cấu cao

- Độ an toàn cao (gần như phải tuyệt đối)

- Đáp ứng được yêu cầu vận tốc, thời gian hoạt động, trần bay…

Tính kinh tế

Đây là yêu cầu rất quan trọng và cũng rất nhạy cảm, điều này liên quan tới tínhkhả thi của công việc thiết kế và sản suất Nền kinh tế của nước ta còn cao, máy bay sửdụng trong nông nghiệp Vì vậy yêu cầu đạt ra là chi phí phải thấp nhất đến mức cóthể

Yêu cầu về giải pháp công nghệ

Phải tận dụng tất cả khả năng về công nghệ hiện có ở trong nước nhằm giảm chiphí trong sản xuất, thúc đẩy ngành công nghiệp khác phát triển…

Ngoài ra trong thiết kế phải chú ý tăng tính sản xuất hàng loạt nhằm giảm chi phísản xuất

3.1.3 Ước tính sơ bộ khối lượng máy bay

Khối lượng take-off của máy bay:

W0 = w payload + W f + W e (3.1)Với: w payload : Khối lượng phân bón và hóa chất

W f : Khối lượng nhiên liệu

W e: Khối lượng rỗng của máy bay

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

3.1.4 Xác định W payload

Xác định sẽ sử dụng phương pháp ULV phun thuốc

Khối lượng phân bón, hóa chất trong 1 lần mang theo trung bình khoảng:

C: Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ

ηp: Hiệu suất chong chóng

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

Lượng nhiên liệu tiêu thụ chính là tổng khối lượng nhiên liệu tiêu thụ của máybay qua các giai đoạn từ khi nó nổ máy cho đến khi cất hạ cánh và tắt máy

Một chuyến bay được phân thành các giai đoạn sau:

Hình 11 Lịch trình bay đơn giản

Tỉ số nhiên liệu sử dụng trong mỗi giai đoạn là : w w i

i−1

Với w i khối lượng máy bay ở cuối giai đoạn i.

Tỉ số nhiên liệu sử dụng trong cả chuyến bay:

Tuy nhiên sau chuyến bay thì lượng nhiên liệu trong bình vẫn còn lại 1 lượng để

dự trữ đề phòng các trường hợp không thể hạ cánh đúng nơi và đúng thời gian dự định,lượng dự trữ này tầm 5-10%

W f

W o = 1.1(1 - W W5

0)Theo các tài liệu chuẩn, ta có bảng số liệu về khối lượng nhiên liệu của máy bayloại nhẹ trước và sau mỗi hành trình như sau:

Bảng 1 Tỷ lệ khối lượng nhiên liệu đầu và cuối mỗi hành trình

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

+ Giai đoạn 1-2: Bay lên

Dựa vào số liệu thống kê ta chọn: W W2

1 = 0.985

+ Giai đoạn 2-3: Bay bằng

Giai đoạn này tiêu thụ nhiên liệu lớn nhất trong quá trình bay

+ Giai đoạn 3-4: Bay xuống

Quá trình hạ độ cao xảy ra trong thời gian ngắn nên có thể xem lượng tiêu thụnhiên liệu trong giai đoạn này là không đáng kể

Dựa vào các số liệu thống kê ta chọn: W4 = 0.993

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ + Giai đoạn 4-5 Hạ cánh

Giá trị trong hành trình này cũng được ước tính thống kê:

Trọng lượng rỗng của máy bay: W e = 10 (kg)

Khối lượng nhiên liệu:

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

W là trọng lượng máy bay

Với: ɳ: là hiệu suất cánh quạt

M H là momen hãm của động cơ ứng với vận tốc bay tối đa

Ta có: P a=P r

D r.V/750 = ɳ.M H.⍵

Trong đó: C D, C Dp là hệ số lực cản cánh và hệ số lực cản ký sinh

Với mỗi loại máy bay C Dp, S, ɳ,M H là không đổi.Vậy để có V max lớn thì C D phải nhỏ

Khi bay trượt (Động cơ có sự cố hay lực kéo của động cơ T=0):

L w/(D t – T) = cotg β

Muốn có độ an toàn thì máy bay đó phải có khả năng bay trượt hay góc bay trượt βnhỏ, tức cotg β lớn vậy tỷ số C L/C D lớn

Khi bay leo:

C L.S.ρ.V2/2 = W.cosθ với θ là góc leo

Nên V = √ρ C 2 W L S.√cosθ Do √cosθ là gần bằng 1 nên ta có :

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

Độ tin cậy và tính chính xác của Xfoil đã được xác minh và được coi là chínhxác Vì vậy, việc sử dụng Xfoil tăng tốc quá trình lựa chọn airfoils là thích hợp chothiết kế UAV

Qua nhiều nghiên cứu, và thống kê trên thế giới khi nghiên cứu về biên dạngcánh cho lực nâng lớn ở giải vận tốc thấp, có các dự án nghiên cứu về các dạng airfoilnhư:

Selig 1223, Eppler 423, NACA 8414, Naca 4415, Spica và Wortmann FX 63-137

Dựa vào đặc tính khí động và khả năng dễ chế tạo Ta lựa chọn 3 airfoil chính đểthực hiện nghiên cứu so sánh là: Speca, Naca 4415, Naca 8814

Các thông tin của tương ứng airrfoils lựa chọn được vẽ bằng cách sử dụng Xfoil

và đồ thị được như hình dưới đây

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

Hình 12 Cơ sở dữ liệu AirfoilĐặc tính khí động các aerofoil được thể hiện dưới đồ thị:

Hình 13 Đồ thị đặc tính khí động AerofoilBảng so sánh:

Bảng 2 So sánh đặc tính khí động Aerofoil

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

tốc

Chế độ thất tốc

α = 6 0

Dạng Aerofoil

NACA

ModeratelyCambered

NACA 8414 được chọn làm profil cánh chính

Tại góc 60 cho chất lượng khí động tốt nhất, nên ta chọn góc đặt cánh α = 60 trong

+ Tận dụng hiệu ứng mặt đất làm máy bay hạ cánh đc tốt hơn

+ Lực cản cảm ứng giảm được 30% so với sơ đồ cánh đặt trên than

Nhược điểm:

Ổn định ngang kém hơn mô hình đặt trên thân

Để giúp máy bay ổn định ngang tốt hơn, giảm hiện tượng dao động lắc ngang vàtrượt cạnh, ta thiết kế cánh chính có góc vểnh (góc nhị diện) [2]

Theo thống kê từ các máy bay nông nghiệp thực tế, ta chọn góc vếch α = 6o

Hệ số lực nâng Clmax

Trong khi bay thì trên cánh sẽ xuất hiện 1 momen uốn theo chiều của Span cánh

và momen này lớn nhất ở góc cánh

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

Có 2 phương án chọn hình dạng cánh: Cánh hình thang và cánh hình chữ nhật.+ Thiết kế cánh hình thang để bề dày ở gốc cánh lớn vì tỉ lệ giữa bề dày cánh vàdây cung cánh là không đổi trong khi đó thì với cánh là không đổi, mặt khác chord ởgốc cánh lớn nên bề dày cánh ở gốc cánh sẽ lớn hơn Do đó cánh sẽ chịu được momentuốn tốt hơn

Tuy nhiên cánh hình thang này khó gia công chế tạo

+ Thiết kế cánh hình chữ nhật sẽ dễ chế tạo hơn nhưng do taper aspect ration lớnnên lực cản cảm ứng sẽ tăng lên, tuy nhiên sự gia tăng này không đáng kể và ta có thểchấp nhận được, bù lại cánh chữ nhật sẽ dễ tạo hơn Để gốc cánh có thể chịu đượcmoment uốn tốt thì ta sẽ gia cường ở gốc cánh nhiều hơn

Chọn tỉ lệ AR của máy bay nằm trrong khoảng từ 5-8

Xét đến ảnh hưởng của cánh hữu hạn ta có

π (5 ↦8) = 2.07 ↦ 2.18Nếu không có flap thì hệ số lực nâng là

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

π (5 ↦8) = 1.36 ↦1.4

Nhận xét:

Do ảnh hưởng của tỷ số dạng, góc mũi tên, góc xoắn cho nên chất lượng khíđộng của cánh 3D thường nhỏ hơn so với airfoil mà cánh đó sử dụng vì airfoil đượccoi như cánh dài vô hạn (AR=∞), còn cánh 3D có tỷ số dạng xác định Hơn nữa việcxác định các hệ số khí động của cánh 3D là rất cần thiết, chúng ta cần mô phỏng vàtiến hành đo trong ống khí động

Hình 15 So sánh hệ số lực nâng giữa cánh 3D và airfoilDựa vào giá trị C Lmax tìm được

Để lực nâng máy bay thỏa mãn yêu cầu, ước tính sơ bộ kích thước cánh chính như sau:

bề mặt càng nhiều càng tốt, đồng thời giảm khối lượng tổng thể của máy bay

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

Tham khảo tỉ lệ bề rộng thân với chiều dài sải cánh của máy bay EMB, chọn i=0.11

Tham khải tỉ lệ chiều dài thân với độ dài dây cung cánh, chọn j=4.3

Những tỉ lệ này có ảnh hưởng quyết định tới chất lượng khí động của máy bay, trênthực tế đã được tối ưu và sản xuất

Ta chọn thông số thân như sau:

Chiều dài thân: lf = 1.29m

Bề rộng thân: df = 0.25m

Phối trí động cơ và định tâm

Động cơ có thể bố trí tại rất nhiều vị trí trên máy bay như: ở trước thân, sau thânhay bố trí ở trên cánh… Tuy nhiên dựa vào kết cấu của máy bay, ta sẽ chọn động cơgắn ở phía trước của máy bay Bên cạnh đó,với vị trí này, trọng tâm của máy bay đượcđẩy lên phía trước, điều này là có lợi đối với tàu lượn (tham khảo từ những kinhnghiệm thiết kế máy bay mô hình trên các diễn đàn RC), và dễ dàng căn chỉnh trọngtâm hơn Đồng thời dòng khí đi vào cánh quạt của động cơ không bị ảnh hưởng bởicánh và thân như trường hợp chọn động cơ gắn ở phía sau của máy bay, giúp tăng hiệusuất của động cơ Với những lợi ích đó thì phương án đặt động cơ phần thân trướccánh được lựa chọn cho thiết kế này

Máy bay bay với vận tốc chậm, dưới âm, tâm khí động của cánh nằm tại 25%dây cung Tương quan vị trí tâm khí động và trọng tâm máy bay có vai trò quan trọng,liên quan tới tính linh động, khả năng ổn định và dễ điều khiển của máy bay Khi trọngtâm nằm sau tâm khí động, hệ số moment chúc góc là dương Điều này đồng nghĩa vớiviệc máy bay không còn tính ổn định chúc ngóc Khi trọng tâm nằm trước tâm khíđộng, hệ số moment chúc góc là âm, giúp cho máy bay có thể tự lấy lại trạng thái cầnbằng khi chịu một nhiễu tác động làm thay đổi góc tấn

Tuy nhiên nếu khoảng cách trọng tâm và tâm khí động quá lớn thì tính điều khiểncủa đuôi lái độ cao sẽ mất đi, điều này gây nguy hiểm cho máy bay Việc định tâmmáy bay sẽ được hiệu chỉnh bằng cách điều chỉnh vị trí các thiết bị điện cũng như tảitrọng có ích mang theo sao cho phù hợp

Chọn động cơ

Dựa vào kích thước cũng như khối lượng tải tĩnh của máy bay

Ta chọn Động cơ: Turnigy TR-111 111cc Twin Cylinder Gas Engine 11.5HP

Chương 3: Tính toán và thiết kế sơ bộ

Hình 16 Động cơ 2 cylinder

Thông số kĩ thuật động cơ:

Dung tích: 111.2cc (đôi xi lanh 55.6cc)

Công suất: 11.2hp/7500rpm

Tốc độ vòng quay không tải: 1400rpm/min

Lực đẩy tĩnh: 25.8kg/100m altitude, 28.3kg/1800m độ cao

Cánh quạt máy bay: 27x10

Trọng lượng: động cơ chính: 2485g, ống xả: 115g& lần; 2 chiếc, đánh lửa: 160g

Đuôi ngang và đuôi đứng

- Chọn profil

Lựa chọn aerofoil cho đuôi đứng đuôi ngang là dạng aerofoil đối xứng, không cólực nâng tại góc tấn bằng 0o

Hình 17 Các loại kết cấu đuôi

- Có 3 loại kết cấu đuôi là:

Kiểu truyền thống: Kết cấu nhẹ so với các loại đuôi khác và được dùng phổ biếntrong các loại máy bay