Báo cáo thí nghiệm hàng không 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHƠNG
-------o0o-------

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HÀNG KHƠNG 3

GVHD: Th.S
Nhóm 02 – Lớp L02
MSSV

Họ và tên

1918975

Đinh Minh Hồng

1913617

Trần Văn Lương

1915191

Lê Trọng Trí

1910859

Nguyễn Hồng Sang

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2022

MỤC LỤC

Mục lục
Danh mục hình ảnh ................................................................................................................................ 5
Danh mục bảng biểu ............................................................................................................................ 10
......................................................................................................................................... 13
Khảo sát lực và moment khí động trên cánh 2D và 3D .................................................................... 13
1.1

Mục tiêu thí nghiệm.......................................................................................................... 13

1.2

Cơ sở lý thuyết ................................................................................................................. 13

1.3

Thiết bị thí nghiệm và vận hành ....................................................................................... 18

1.4

Tiến hành thí nghiệm ........................................................................................................ 27

1.5

Quy trình xử lý số liệu và đánh giá sai số ........................................................................ 28
......................................................................................................................................... 58

Thí nghiệm về ảnh hưởng của sự tập trung ứng suất đến quá trình rạn nứt giấy ......................... 58
2.1

Mục tiêu thí nghiệm.......................................................................................................... 58

2.2

Cơ sở lý thuyết ................................................................................................................. 58

2.3

Mẫu thí nghiệm ................................................................................................................ 59

2.4

Dụng cụ thí nghiệm .......................................................................................................... 60

2.5

Chuẩn bị thí nghiệm ......................................................................................................... 60

2.6

Tiến hành thí nghiệm ........................................................................................................ 61

2.7

Quy trình xử lý số liệu và kết quả thí nghiệm .................................................................. 62
......................................................................................................................................... 74

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng α lên lực phá hủy ............................................... 74
3.1

Mục tiêu thí nghiệm.......................................................................................................... 74

3.2

Cơ sở lý thuyết ................................................................................................................. 74

3.3

Mẫu thí nghiệm ................................................................................................................ 76

3.4

Dụng cụ thí nghiệm .......................................................................................................... 76

3.5

Chuẩn bị thí nghiệm ......................................................................................................... 76

3.6

Tiến hành thí nghiệm ........................................................................................................ 77

3.7

Quy trình xử lý số liệu và kết quả thí nghiệm .................................................................. 78

2

MỤC LỤC
......................................................................................................................................... 84
Thí nghiệm kéo đơn trục vật liệu kim loại ......................................................................................... 84
4.1

Mục tiêu thí nghiệm.......................................................................................................... 84

4.2

Cơ sở lý thuyết ................................................................................................................. 84

4.3

Bố trí thí nghiệm............................................................................................................... 87

4.4

Kết quả thí nghiệm ........................................................................................................... 93
....................................................................................................................................... 102

Đo phân bố áp suất cánh 2D.............................................................................................................. 102
5.1

Mục tiêu thí nghiệm........................................................................................................ 102

5.2

Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................... 102

5.3

Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................................... 104

5.4

Tiến hành thí nghiệm ...................................................................................................... 107

5.5

Quy trình xử lý số liệu và kết quả thí nghiệm ................................................................ 108
....................................................................................................................................... 132

Máy bay mơ hình ................................................................................................................................ 132
6.1

Mục tiêu thí nghiệm........................................................................................................ 132

6.2

Tiến hành đo đạc, thu thập số liệu .................................................................................. 132

6.3

Vẽ mô hình máy bay 3D................................................................................................. 136

6.4

Ước lượng trọng lượng cất cánh và khối lượng từng bộ phận của mơ hình ................... 138

6.5

Xác định vị trí trọng tâm ................................................................................................ 139

6.6

Ước lượng lực cản tồn thể ............................................................................................ 140

6.7

Xác định cơng suất động cơ ........................................................................................... 144

6.8

Ước lượng moment qn tính khối lượng của mơ hình ................................................. 145

6.9

Tính tốn đáp ứng ổn định tĩnh dọc ................................................................................ 146
....................................................................................................................................... 153

Đo lường quán tính IMU ................................................................................................................... 153
7.1

Mô tả bài thí nghiệm....................................................................................................... 153

7.2

Yêu cầu của bài thí nghiệm ............................................................................................ 153

7.3

Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................................... 153

3


MỤC LỤC
7.4

Lưu đồ giải thuật Kalman Filter ..................................................................................... 169

7.5

Tiến hành thí nghiệm ...................................................................................................... 172

7.6

Kết quả thí nghiệm ......................................................................................................... 174

Tài liệu tham khảo ............................................................................................................................. 181

4


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Danh mục hình ảnh
Hình 1.1: Biểu đồ thể hiện hệ số lực nâng và hệ số moment tại vị trí c/4 ..............................................14

Hình 1.2: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hệ số lực nâng khi thay đổi góc flap.........................................15
Hình 1.3: Thành phần lực trên cánh 3D với lực cảm ứng. .....................................................................16
Hình 1.4: Hệ số xác định lực cản cảm ứng cho cánh hình thang, khơng có độ xoắn theo lý thuyết đường
lực nâng của Prandtl. ..............................................................................................................................16
Hình 1.5: Hệ số xác định độ dốc đường lực nâng cho cánh hình thang, khơng có độ xoắn theo lý thuyết
đường lực nâng của Prandtl. ...................................................................................................................17
Hình 1.6: Ống khí động ..........................................................................................................................18
Hình 1.7: Bảng điều khiển tần số ...........................................................................................................19
Hình 1.8: Cân khí động ..........................................................................................................................20
Hình 1.9: Bảng thơng số cảm biến lực LCEB loadcell của nhà sản xuất ...............................................21
Hình 1.10: Cảm biến lực LCEB .............................................................................................................22
Hình 1.11: Nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone ......................................................................23
Hình 1.12. Sơ đồ tác dụng lực lên cảm biến. .........................................................................................23
Hình 1.13: Bộ chỉ thị Cm-013 Loadcell Indicator..................................................................................25
Hình 1.14: Cân khí động lắp vào bộ khung (mặt sau) ............................................................................26
Hình 1.15: 2 mẫu cánh 3D thí nghiệm ...................................................................................................27
Hình 1.16: Mẫu cánh 2D thí nghiệm ......................................................................................................27
Hình 1.17: Coefficient of drag versus Reynolds number for two-dimensional bodies ..........................29
Hình 1.18: Đường đặc tính lực nâng của biên dạng cánh NACA0012 ..................................................31
Hình 1.19: Đồ thị đường đặc tính hệ số lực nâng CL và góc tấn alpha trên cánh 1 ...............................46
Hình 1.20: Đường đặc tính hệ số lực nâng CL so và góc tấn alpha của cánh 2 .....................................47
Hình 1.21: So sánh lực nâng, lực cản và phân bố áp suất giữa dòng tách rời và dòng bám biên (Nguồn
ảnh: John D. Anderson, Jr. Fundamentals of Aerodynamics, 6th edition. McGraw−Hill Education, New
York, NY. 2017) ....................................................................................................................................48
Hình 1.22: Đồ thị so sánh đường đặc tính lực nâng giữa cánh 1 ...........................................................50
Hình 1.23: Đường đặc tính lực nâng của các tỉ lệ bình diện khác nhau .................................................50
Hình 1.24: Đồ thị so sánh giữa đường đặc tính lực nâng của cánh 3D số 1 với cánh 2D từ XFLR5 ....51

5

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.25: Đồ thị so sánh đường đặc tính lực nâng của cánh 3D số 2 với cánh 2D từ XFLR5.............51
Hình 1.26: Ảnh hưởng của thành phần vận tốc dìm xuống đối với dịng qua biên dạng cánh cục bộ trên
cánh ........................................................................................................................................................52
Hình 1.27: Đường đặc tính hệ số lực nâng của cánh 2D và cánh 3D.....................................................53
Hình 1.28: Đồ thị đường đặc tính lực nâng của cánh 1 so với đường đặc tính tính từ cơng thức chuyển
đổi...........................................................................................................................................................54
Hình 1.29: Đồ thị đường đặc tính lực nâng của cánh 2 so với đường đặc tính tính từ cơng thức chuyển
đổi...........................................................................................................................................................54
Hình 1.30: Đồ thị biểu diễn hệ số lực cản CD theo góc tấn alpha của cánh 1 .......................................55
Hình 1.31: Đồ thị hệ số lực cản CD theo góc tấn alpha của cánh 2 .......................................................56
Hình 1.32: Đồ thị hệ số moment ngóc chúc Cm theo góc tấn alpha của cánh 1 ....................................57
Hình 1.33: Đồ thị hệ số moment ngóc chúc Cm theo góc tấn alpha của cánh 2 ....................................57
Hình 2.1: Hệ số tập trung ứng suất Ktn đối với tấm phẳng chịu kéo với vết cắt hình chữ U ở một cạnh
(từ dữ liệu quang đàn hồi của Cole và Brown 1958) .............................................................................59
Hình 2.2: Thiết bị mơ phỏng phá hủy giấy.............................................................................................60
Hình 2.3: Mẫu số 1 bị kéo căng và xuất hiện vết nứt .............................................................................67
Hình 2.4: Mẫu số 1 khi nứt hồn tồn ....................................................................................................68
Hình 2.5: Ứng suất trước khi xuất hiện vết nứt của mẫu 1 từ mơ phỏng ...............................................68
Hình 2.6: Mẫu số 2 bị kéo căng và xuất hiện vết nứt .............................................................................69
Hình 2.7: Mẫu số 2 khi nứt hồn tồn ....................................................................................................69
Hình 2.8: Ứng suất trước khi xuất hiện vết nứt của mẫu 2 từ mơ phỏng ...............................................69
Hình 2.9: Mẫu số 3 bị kéo căng và xuất hiện vết nứt .............................................................................70
Hình 2.10: Mẫu số 3 bị nứt hồn tồn ....................................................................................................70
Hình 2.11: Ứng suất trước khi xuất hiện vết nứt của mẫu 3 từ mơ phỏng .............................................71
Hình 2.12: Một số giải pháp thiết kế giảm sự tập trung ứng suất ..........................................................72
Hình 2.13: Mẫu số 4 bị kéo căng và xuất hiện vết nứt ...........................................................................72
Hình 2.14: Mẫu số 4 bị nứt hồn tồn ....................................................................................................73
Hình 2.15: Ứng suất trước khi xuất hiện vết nứt của mẫu 4 từ mơ phỏng .............................................73

Hình 3.1: Mẫu số 5 bị kéo căng và xuất hiện vết nứt .............................................................................82
Hình 3.2: Mẫu số 5 bị nứt hoàn toàn ......................................................................................................82

6


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 3.3: Các dạng phá hủy ...................................................................................................................83
Hình 4.1: Đường cong Tải kéo – Độ dãn dài .........................................................................................84
Hình 4.2: Đường cong ứng suất-biến dạng, mơ hình vật liệu đàn dẻo ...................................................85
Hình 4.3: Đường cong ứng suất-biến dạng kỹ thuật ..............................................................................87
Hình 4.4: Mẫu thí nghiệm thép khơng gỉ SUS304 .................................................................................87
Hình 4.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm...........................................................................................................88
Hình 4.6: Lắp đặt mẫu thí nghiệm..........................................................................................................89
Hình 4.7: Bảng điều khiển......................................................................................................................89
Hình 4.8: Cửa sổ hiện thị chọn loại thí nghiệm......................................................................................91
Hình 4.9: Hình dạng tiết diện mẫu .........................................................................................................91
Hình 4.10: Mục chế độ điều khiển tốc độ gia tải (Load rate control) ...................................................92
Hình 4.11: Mục tiến trình gia tải (Loading process) ..............................................................................92
Hình 4.12: Màn hình hiển thị sau khi kết thúc thí nghiệm .....................................................................93
Hình 4.13: Màn hình hiển thị kết quả.....................................................................................................93
Hình 4.14: Đồ thị lực - chuyển vị...........................................................................................................94
Hình 4.15: Đồ thị biến dạng - ứng suất ..................................................................................................94
Hình 4.16: Đồ thị ứng suất - biến dạng ..................................................................................................96
Hình 4.17: Đồ thị ứng suất - biến dạng ..................................................................................................97
Hình 4.18 Mẫu thí nghiệm sau khi bị phá hủy .......................................................................................98
Hình 4.19: Đường đặc tính ứng suất - biến dạng đặc trưng cho vật liệu của mẫu thí nghiệm ...............98
Hình 4.20: đồ thị ứng suất - biến dạng lý thuyết của vật liệu thép khơng gỉ SUS304 .........................100
Hình 5.1: Sơ đồ đường hầm gió mở .....................................................................................................103
Hình 5.2: Cánh 2D dùng trong thí nghiệm phân bố áp suất .................................................................104

Hình 5.3: Bảng đo áp kế 36 ống ...........................................................................................................107
Hình 5.4: Nối các ống đo áp của cánh với áp kế nước .........................................................................108
Hình 5.5: Đồ thị phân bố áp suất của biên dạng NACA 2412 tại góc tấn 0 độ ....................................126
Hình 5.6: Đồ thị phân bố áp suất của biên dạng NACA 2412 tại góc tấn 5 độ ....................................127
Hình 5.7: Đồ thị phân bố áp suất của biên dạng NACA 2412 tại góc tấn 10 độ ..................................128
Hình 5.8: Đồ thị phân bố áp suất của biên dạng NACA 2412 tại góc tấn 15 độ ..................................129

7


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 5.9: Đồ thị phân bố áp suất của biên dạng NACA 2412 tại góc tấn tờ 0 độ đến 15 độ ...............130
Hình 6.1: Ảnh mơ hình chụp từ trên xuống .........................................................................................132
Hình 6.2: Ảnh chụp từ cạnh .................................................................................................................133
Hình 6.3: Ảnh chụp trực diện ...............................................................................................................133
Hình 6.4: Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa hệ số lực nâng Cl và góc tấn alpha trên biên dạng cánh
NACA 006 ...........................................................................................................................................135
Hình 6.5: Hình chiếu bằng ...................................................................................................................137
Hình 6.6: Hình chiếu đứng ...................................................................................................................137
Hình 6.7: Hình chiếu cạnh....................................................................................................................138
Hình 6.8: Tổng thể mơ hình máy bay trong SolidWork .......................................................................138
Hình 6.9: Khoảng cách từ mũi đến trọng tâm biểu diễn trong SolidWork...........................................140
Hình 6.10: Mối liên hệ giữa hệ số lực ma sát và số Reynold ...............................................................141
Hình 7.1: Bộ thí nghiệm đo góc trạng thái Euler .................................................................................154
Hình 7.2: IMU Pololu CHR-6dm .........................................................................................................155
Hình 7.3: Thiết bị thu phát tín hiệu RF Xbee .......................................................................................155
Hình 7.4: Nguồn 3.3V ..........................................................................................................................156
Hình 7.5: RS 232 ..................................................................................................................................157
Hình 7.6: Tuning fork ..........................................................................................................................158
Hình 7.7: So sánh giữa vận tốc góc, góc pitch tính được so với thực tế trong chuyển động tuyến tính,

khơng có độ lệch, khơng có nhiễu ........................................................................................................160
Hình 7.8: So sánh giữa vận tốc góc, góc pitch tính được so với thực tế trong chuyển động tuyến tính,
khơng có độ lệch, có nhiễu ...................................................................................................................160
Hình 7.9: So sánh giữa vận tốc góc, góc pitch tính được so với thực tế trong chuyển động tuyến tính, có
độ lệch, khơng có nhiễu........................................................................................................................161
Hình 7.10: So sánh giữa vận tốc góc, góc pitch tính được so với thực tế trong chuyển động khơng tuyến
tính, khơng có độ lệch, khơng có nhiễu................................................................................................161
Hình 7.11: So sánh giữa vận tốc góc, góc pitch tính được so với thực tế trong chuyển động khơng tuyến
tính, có độ lệch, có nhiễu......................................................................................................................162
Hình 7.12: Hệ dao động đang xét .........................................................................................................163
Hình 7.13: Nguyên lý hoạt động của gia tốc kế điện dung (1).............................................................164

8


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 7.14: Ngun lý hoạt động của gia tốc kế điện dung (2).............................................................164
Hình 7.15: Cảm biến từ trường ............................................................................................................167
Hình 7.16: Phân bố các electron trước khi tác dụng từ trường ............................................................168
Hình 7.17: Hiệu ứng Hall khi tác dụng từ trường ................................................................................168
Hình 7.18 Lưu đồ giải thuật Kalman Filter ..........................................................................................171
Hình 7.19: Đồ thị của góc pitch so với đồ thị của nhà sản xuất trong trường hợp chỉ có chuyển động
pitch ......................................................................................................................................................175
Hình 7.20: Đồ thị của góc yaw so với đồ thị của nhà sản xuất trong trường hợp chỉ có chuyển động yaw
..............................................................................................................................................................176
Hình 7.21: Đồ thị của góc roll so với đồ thị của nhà sản xuất trong trường hợp chỉ có chuyển động roll
..............................................................................................................................................................177
Hình 7.22: Đồ thị góc pitch so với đồ thị của nhà sản xuất khi kết hợp cả ba chuyển động................178
Hình 7.23: Đồ thị góc yaw so với đồ thị của nhà sản xuất khi kết hợp cả ba chuyển động .................179
Hình 7.24: Đồ thị góc roll so với đồ thị của nhà sản xuất khi kết hợp cả ba chuyển động ..................180

9


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1: Bảng số liệu tại tần số 0 Hz của cánh 1 (lần đo 1) .................................................................35
Bảng 1.2: Bảng số liệu tại tần số 25 Hz của cánh 1 (lần đo 1) (1) .........................................................35
Bảng 1.3: Bảng số liệu tại tần số 25 Hz của cánh 1 (lần đo 1) (2) .........................................................35
Bảng 1.4: Bảng số liệu tại tần số 0 Hz của cánh 1 (lần đo 2) .................................................................36
Bảng 1.5: Bảng số liệu tại tần số 25 Hz của cánh 1 (lần đo 2) (1) .........................................................36
Bảng 1.6: Bảng số liệu tại tần số 25 Hz của cánh 1 (lần đo 2) (2) .........................................................36
Bảng 1.7: Bảng đánh giá sai số phép đo hệ số lực nâng tại tần số 25 Hz (cánh 1) (1) ...........................37
Bảng 1.8: Bảng đánh giá sai số phép đo hệ số lực nâng tại tần số 25 Hz (cánh 1) (2) ...........................37
Bảng 1.9: Bảng đánh giá sai số phép đo của hệ số lực cản tại tần số 25 Hz (cánh 1) (1) ......................38
Bảng 1.10: Bảng đánh giá sai số phép đo của hệ số lực cản tại tần số 25 Hz (cánh 1) (2) ....................38
Bảng 1.11: Bảng đánh giá sai số phép đo của hệ số moment ngóc chúc tại tần số 25 Hz (cánh 1) (1)..39
Bảng 1.12: Bảng đánh giá sai số phép đo của hệ số moment ngóc chúc tại tần số 25 Hz (cánh 1) (2)..39
Bảng 1.13: Bảng xử lý số liệu tại tần số 0 Hz của cánh 2 (lần đo 1) .....................................................40
Bảng 1.14: Bảng xử lý số liệu tại tần số 25 Hz của cánh 2 (lần đo 1) (1) ..............................................40
Bảng 1.15: Bảng xử lý số liệu tại tần số 25 Hz của cánh 2 (lần đo 1) (2) ..............................................40
Bảng 1.16: Bảng xử lý số liệu tại tần số 0 Hz của cánh 2 (lần đo 2) .....................................................41
Bảng 1.17: Bảng xử lý số liệu tại tần số 25 Hz của cánh 2 (lần đo 2) (1) ..............................................41
Bảng 1.18: Bảng xử lý số liệu tại tần số 25 Hz của cánh 2 (lần đo 2) (2) ..............................................41
Bảng 1.19: Bảng xử lý số liệu tại tần số 0 Hz của cánh 2 (lần đo 3) .....................................................42
Bảng 1.20: Bảng xử lý số liệu tại tần số 25 Hz (lần đo 3) (1) ................................................................42
Bảng 1.21: Bảng xử lý số liệu tại tần số 25 Hz (lần đo 3) (2) ................................................................42
Bảng 1.22: Bảng đánh giá sai số thống kê của hệ số lực nâng tại tần số 25 Hz (cánh 2) (1) .................43
Bảng 1.23: Bảng đánh giá sai số thống kê của hệ số lực nâng tại tần số 25 Hz (cánh 2) (2) .................43

Bảng 1.24: ảng đánh giá sai số thống kê của hệ số lực cản tại tần số 25 Hz (cánh 2) (1) ......................44
Bảng 1.25: ảng đánh giá sai số thống kê của hệ số lực cản tại tần số 25 Hz (cánh 2) (2) ......................44
Bảng 1.26: Bảng đánh giá sai số phép đo của hệ số moment ngóc chúc tại tần số 25 Hz (cánh 2) .......45
Bảng 1.27: Bảng đánh giá sai số thống kê của hệ số moment ngóc chúc tại tần số 25 Hz (cánh 2) ......45

10


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Kết quả mẫu 1 ........................................................................................................................64
Bảng 2.2: Sai số mẫu 1 ...........................................................................................................................64
Bảng 2.3: Kết quả mẫu 2 ........................................................................................................................65
Bảng 2.4: Sai số mẫu 2 ...........................................................................................................................65
Bảng 2.5: Kết quả mẫu 3 ........................................................................................................................65
Bảng 2.6: Sai số mẫu 3 ...........................................................................................................................66
Bảng 2.7: Kết quả mẫu 4 ........................................................................................................................66
Bảng 2.8: Sai số mẫu 4 ...........................................................................................................................66
Bảng 3.1: Bảng kết quả mẫu 5, 6, 7 .......................................................................................................81
Bảng 3.2: Bảng sai số mẫu 5, 6, 7 (1) ....................................................................................................81
Bảng 3.3: Bảng sai số mẫu 5, 6, 7 (2) ....................................................................................................81
Bảng 3.4: Mode phá hủy của mẫu 5, 6, 7 ...............................................................................................82
Bảng 4.1: Bảng kết quả 1 .....................................................................................................................101
Bảng 4.2: Bảng kết quả 2 .....................................................................................................................101
Bảng 4.3: Bảng kết quả 3 .....................................................................................................................101
Bảng 4.4: Bảng kết quả 4 .....................................................................................................................101
Bảng 5.1: Tọa độ biên dạng cánh NACA 2412....................................................................................105
Bảng 5.2: Vị trí của 35 lỗ trên bề mặt ..................................................................................................106
Bảng 5.3: Bảng số liệu đo đạc lần 1 .....................................................................................................110
Bảng 5.4: Bảng số liệu đo đạc lần 2 .....................................................................................................112
Bảng 5.5: Bảng số liệu đo đạc lần 3 .....................................................................................................114

Bảng 5.6: Bảng xử lý số liệu của lần đo 1............................................................................................116
Bảng 5.7: Bảng xử lý số liệu của lần đo 2............................................................................................117
Bảng 5.8: Bảng xử lý số liệu của lần đo 3............................................................................................119
Bảng 5.9: Bảng kết quả trung bình cả 3 lần đo và sai số tại góc alpha 0 độ ........................................121
Bảng 5.10: Bảng kết quả trung bình cả 3 lần đo và sai số tại góc alpha 5 độ ......................................122
Bảng 5.11: Bảng kết quả trung bình cả 3 lần đo và sai số tại góc alpha 10 độ ....................................123
Bảng 5.12: Bảng kết quả trung bình cả 3 lần đo và sai số tại góc alpha 15 độ ....................................124
Bảng 6.1: Thơng số hình học của mơ hình máy bay ............................................................................134

11


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 6.2: Bảng thơng số khí động của máy bay mơ hình ....................................................................136
Bảng 6.3: Bảng ước lượng khối lượng bộ phận máy bay.....................................................................139
Bảng 6.4: Bảng hệ số chuyển động trục theo loại máy bay .................................................................146

12


KHẢO SÁT LỰC VÀ MOMENT KHÍ ĐỘNG TRÊN CÁNH 2D VÀ 3D

Khảo sát lực và moment khí động trên cánh 2D và 3D
1.1

Mục tiêu thí nghiệm
Đo đạc và xác định đặc điểm khí động lực học của cánh 3D: lực nâng, lực cản và

moment ngóc chúc, tâm áp suất, tâm khí động cho 3 cánh hình chữ nhật với sãi cánh
khác nhau.

Ôn tập lý thuyết cánh 2D và 3D.
Xây dựng đồ thị so sánh hệ số lực nâng, lực cản, moment ngóc chúc cho 3 loại
cánh có tỉ lệ bình diện cánh AR khác nhau.

1.2
1.2.1

Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết cánh 2D
Trong tìm hiểu lí thuyết cánh cũng như thực tiễn, một khía cạnh khá quan trọng

mà chúng ta cần tìm hiểu đó là Cl,max. Khi Cl tăng tuyến tính đến giá trị Cl,max sẽ gây ra
hiện tượng mất lực nâng (stall). Giản đồ Hình 2-1 cho ta thấy rằng, Cl sẽ có dạng tăng
tuyến tính theo góc tới và sẽ giảm khi đạt Cl,max, góc tới αs tương ứng được gọi là góc
tương ứng với trạng thái mất lực nâng trên cánh. Trong khi đó, hệ số moment ngóc chúc
tại vị trí c/4 sẽ là hằng số và thay đổi đột ngột khi góc tới αs.

13


KHẢO SÁT LỰC VÀ MOMENT KHÍ ĐỘNG TRÊN CÁNH 2D VÀ 3D

Hình 1.1: Biểu đồ thể hiện hệ số lực nâng và hệ số moment tại vị trí c/4

Một số kết quả của lí thuyết cánh 2D
Cánh đối xứng
•

Cl = 2

• Lift slope (độ dốc đường lực nâng) = dCl / d = 2
• Tâm áp suất (center of pressure) và tâm khí động lực học (aerodynamic center)
đều nằm ở vị trí c/4 (quarter-chord).
•

Cm,c /4 = cm,ac = 0

Cánh khơng đối xứng

•

  dz 


Cl = 2  + (1/  )    ( cos0 − 1) d 0 
0
 dx 



• Lift slope = dCl / d = 2
•

Tâm khí động lực học nằm ở vị trí c/4

• Tâm áp suất thay đổi theo Cl
Cánh flap
14

KHẢO SÁT LỰC VÀ MOMENT KHÍ ĐỘNG TRÊN CÁNH 2D VÀ 3D

Hình 1.2: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hệ số lực nâng khi thay đổi góc flap

Hình trên minh họa xu hướng biến đổi của hệ số lực nâng cl , khi góc flap tang
(lệch xuống) thì hệ số lực nâng sẽ tăng. Sự thay đổi này có thể giải thích do sự ảnh
hưởng của sự gia tang độ cong cánh (camber line).
1.2.2

Lý thuyết cánh 3D
Lực cản trên cánh 3D trong chế độ dưới âm thanh gồm 3 thành phần: Lực cản ma

sát D f , lực cản áp suất Dp và lực cản cảm ứng Di .
CD =

D f + Dp + Di
q S

= CD , p + DD ,i

Với:
•

Hệ số lực cản biên dạng CD, p =

•

Hệ số lực cản cảm ứng CD ,i =

•

Độ dốc đường lực nâng CL , =

D f + Dp
q S

Di
C2
= L (1 + K D )
q S  AR
CL ,
 CL , 
1 +
 (1 + K L )
  AR 

và CL , = 2 là độ dốc đường

lực nâng của cánh 2D.

15


KHẢO SÁT LỰC VÀ MOMENT KHÍ ĐỘNG TRÊN CÁNH 2D VÀ 3D

Hình 1.3: Thành phần lực trên cánh 3D với lực cảm ứng.

Với K L và K D được tra từ bảng sau.

Hình 1.4: Hệ số xác định lực cản cảm ứng cho cánh hình thang, khơng có độ xoắn theo lý thuyết đường lực nâng

của Prandtl.

16


KHẢO SÁT LỰC VÀ MOMENT KHÍ ĐỘNG TRÊN CÁNH 2D VÀ 3D

Hình 1.5: Hệ số xác định độ dốc đường lực nâng cho cánh hình thang, khơng có độ xoắn theo lý thuyết đường
lực nâng của Prandtl.

Các công thức sử dụng
-

Moment tại vị trí c/4 được tính theo cơng thức: M c /4 =(Fore lift – Aft lift) x 0.06
(m)

-

Xác định tâm áp suất (Tâm áp suất là vị trí mà có moment ngóc chúc bằng khơng)
được xác định theo công thức:

-

xCP x Cm, x
= −
c
c CN

Hệ số CN và C A được tính theo cơng thức:
CL = CN Cos  − C A Sin 

CD = C A Cos  + CN Sin 

17


KHẢO SÁT LỰC VÀ MOMENT KHÍ ĐỘNG TRÊN CÁNH 2D VÀ 3D
CN = CL Cos  + CD Sin  


C A = CD Cos  − CL Sin  

 N = L Cos  + D Sin 

1.3
1.3.1

Thiết bị thí nghiệm và vận hành
Ống khí động
Ống khí động (hầm gió) có các đặc trưng tiêu biểu: (1) loại hở, (2) vận tốc tối đa

của khơng khí trong tiết diện khảo sát là 35 m/s (126 km/h), (3) Số Mach 0.1, (4) tiết
diện khảo sát kín có kích thước 400 mm (cao) x 500 mm (rộng) x 1000 mm (dài).

Hình 1.6: Ống khí động

18


KHẢO SÁT LỰC VÀ MOMENT KHÍ ĐỘNG TRÊN CÁNH 2D VÀ 3D

Hình 1.7: Bảng điều khiển tần số

1.3.2

Cân khí động
Cân khí động là thiết bị phổ biến trong thực nghiệm khí động lực học. Cân khí

động FM101 cung cấp một hệ thống hỗ trợ dễ sử dụng cho các mô hình hầm gió để đo
ba thành phần lực và moment khí động tác động lên mơ hình: lực nâng, lực cản và
moment ngóc chúc.

19


KHẢO SÁT LỰC VÀ MOMENT KHÍ ĐỘNG TRÊN CÁNH 2D VÀ 3D

Hình 1.8: Cân khí động

Khoảng cách giữa Fore Lift và Aft Lift là 120mm và chúng cách 60mm kể từ đường
trung tâm của hệ thống. Nghĩa là nó đang ở vị trí đối xứng qua đường trung tâm.
Lift force = Force lift + Aft
Hệ thống có đường kính trung tâm khoảng 12mm, được lắp vào khoan của đĩa hỗ
trợ mơ hình và được bảo đảm bằng một ống kẹp chặt bởi các mơ hình kẹp. Đĩa hỗ trợ
chế độ có thể tự do xoay 360 độ trong tấm lực điều chỉnh góc tới của mơ hình, trong khi
vị trí của nó có thể bị khóa bằng một kẹp tỷ lệ.
Tấm lực được khóa ở vị trí của hai kẹp tâm, và những nên luôn luôn được thắt chặt
khi không sử dụng, hoặc khi thay đổi mơ hình, để tránh thiệt hại cho các thành phần tải.
KHÔNG THẮT QUÁ CHẶT HAI KẸP TÂM, chỉ xoắn nhẹ là đủ để khóa các tấm lực.
Thắt quá chặt có thể làm hỏng flexures.
Các lực tác dụng lên các tấm lực được truyền bằng cách cáp linh hoạt để căng các

thành phần tải đo tương ứng các lực Force lift, Aft lift và Drag. Dây cáp cho lực cản,
nằm theo chiều ngang, hoạt động trên một đường thẳng đi qua trung tâm của mô hình
hỗ trợ, trong khi hai loại cáp dọc của Aft lift và Force lift hoạt động theo chiều dọc thông
qua các điểm xử lý với khoảng cách bằng nhau từ đường trung tâm của mơ hình.
Các dây cáp từ ba thành phần tải lực được kết nối bằng dây cắm 5 chân, nó có đưa
vào các ổ cắm 5 chân vào tấm chắn sau của màn hình hiển thị và bảng điều khiển.
Ở mặt sau của thiết bị hiển thị và bảng vận hành cũng có 3 ổ cắm 2 chân: 0 – 10V
tín hiệu đầu ra tương tự bằng cách này người dùng có thể sử dụng tín hiệu này để tham
gia với giao diện khác.
20