Proceedings VCM 2012 105 ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt đến các thông số khí động

Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 771
Mã bài: 165
Ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt đến các thông số khí động
đặc trưng cuả profile cánh máy bay
Influence of surface’s heat to aerodynamic characterictics of airfoils
Vũ Thành Trung
Học viện kỹ thuật quân sự
e-Mail:
Tóm tắt
Bài báo đưa ra những kết quả tính toán bằng phương pháp số phân tích ảnh hưởng của sự trao đổi nhiệt
giữa bề mặt profile cánh máy bay với dòng khí có vận tốc dưới âm đến các thông số khí động đặc trưng của
profile. Qua nghiên cứu các phương pháp phân bố nhiệt khác nhau trên bề mặt profile rút ra kết luận rằng có
thể tác động nhiệt theo những cách nhất định để tăng chất lượng khí động của profile, tăng lực nâng, giảm lực
cản, tăng độ ổn định cân bằng tĩnh dọc trục.
Abstract:
Paper represents the results of parametric calculations of the influence of the surface heat exchange on the
wing airfoil integral aerodynamic characteristics at subsonic speeds. It is obtained that specially organized heat
exchange may be used for increasing the aerodynamic efficiency of the wing airfoil and his lifting properties.


1. Phần mở đầu
Tăng chất lượng khí động (số K) của máy bay dân
sự trong trạng thái bay bằng là một trong những
vấn đề cấp thiết nhất của ngành hàng không hiện
nay. Trong tương lai 10-15 năm tới máy bay dân
sự cần phải có hiệu suất năng lượng ở mức 14-15
g/km/người. Đây là vấn đề rất hóc búa của khoa
học đòi hỏi những nghiên cứu sâu sắc trên cả lý
thuyết, tính toán và thực nghiệm.
Hiện nay trên thế giới có hai hướng nghiên cứu để
đạt được mục tiêu trên. Hướng thứ nhất sử dụng

phương pháp hình học: trên cơ sở kết cấu cho
trước, lựa chọn hình dạng của cánh, thân theo
những giới hạn nhất định sao cho chất lượng khí
động đạt được cao nhất. Khả năng của phương
pháp này chưa phải đã hết nhưng việc tìm ra
những hình dạng mới có đặc tính khí động cao
đang trở nên ngày càng khó khăn.
Phương pháp thứ hai, cũng chính là chủ đề nghiên
cứu của bài báo, dựa trên giải pháp năng lượng để
điều khiển dòng chảy. Trên cơ sở đốt nóng và làm
lạnh bề mặt cánh, nghiên cứu ảnh hưởng của sự
trao đổi nhiệt giữa bề mặt cánh với dòng khí cho
phép đưa ra những phương án phân bố nhiệt có lợi
cho mục đích giảm lực cản, tăng lực nâng, đồng
thời tăng số K của các thiết bị bay có vận tốc dưới
âm.




2. Cơ sở lý thuyết
Các nghiên cứu và phân tích của bài báo được xây
dựng trên cơ sở thẩm định những kết quả lý thuyết
lần đầu tiên được công bố trong cuốn sách của
TSKH người Nga Petrov A.S. xuất bản năm 2009:
“Lý thuyết lực khí động cho vận tốc dưới âm” [1],
trong đó tác giả cho rằng: sự gia tăng nhiệt độ bề
mặt có thể làm giảm lực cản, giảm lực nâng của
vật, và ngược lại khi giảm nhiệt độ bề mặt thì lực
nâng và lực cản cùng tăng.

Tuy nhiên các kết quả đưa ra trong tài liệu trên
mới chỉ dừng lại ở mức phân tích lý thuyết, chưa
chỉ rõ được bản chất vật lý hiện tượng và kiểm
chứng bằng tính toán số, thực nghiệm. Trong
khuôn khổ bài báo sẽ đưa ra những nghiên cứu
tính toán theo phương pháp số về ảnh hưởng của
các phương án phân bố nhiệt khác nhau trên bề
mặt cánh, qua đó đưa ra kết luận về tính đúng đắn
của lý thuyết nêu trên, đồng thời đưa ra phương án
tác động của nhiệt đến các thông số khí động theo
hướng mong muốn.

3. Cơ chế tác động của nhiệt lên dòng chảy
Xét công thức Sutherland về sự biến đổi của độ
nhớt động dưới tác dụng nhiệt:
3/2
μ 110,4
μ 110,4
T T
T T

 
 


 

 
(1)
trong đó, μ – độ nhớt động của dòng khí

T – nhiệt độ dòng khí,
772 Vũ Thành Trung

VCM2012
μ
∞
, T
∞
- độ nhớt động và nhiệt độ dòng
khí tại vô cực.
Theo công thức (1), rõ ràng khi nhiệt độ dòng khí
tăng thì độ nhớt động cũng tăng. Chẳng hạn, khi
nhiệt độ dòng khí là T
∞
= 255 K (–18C), nhiệt độ
bề mặt vật là T = 353 K (+80C) thì nhiệt độ của
lớp khí gần vật cũng xấp xỉ 353 K, tỷ lệ độ nhớt
động của lớp khí đó so với vô cực là:
μ
1,26 1
μ

 

Thế nhưng Petrov A.S lại khẳng định rằng lực cản
giảm khi nhiệt độ tăng. Điều này có vẻ như là một
nghịch lý. Nguyên nhân gì đã làm giảm lực cản
khi độ nhớt động tăng?
Để giải quyết nghịch lý này chúng ta sử dụng tích
phân Krokko cho dòng chảy dừng (tích phân năng

lượng của hệ phương trình Euler) để phân tích cơ
chế tác động nhiệt đến dòng chảy:
0
[ ω]
V T S H
      


(2)
trong đó:
V

– vận tốc dòng khí

ω rot
V



– véc tơ xoáy,

S

– gradient entropy

0
H

– gradient tổng enthalpy
Những vùng phát hoặc thu năng lượng là những

nguồn phát sinh xoáy. Trong trường hợp profile
cánh được làm nóng thì tổng enthalpy và entropy
gần bề mặt profile đạt cực đại, gradient enthalpy có
hướng vuông góc với bề mặt profile (xem H. 1).
Nếu đặt vế phải của phương trình (1) là một véc tơ:
0
U T S H
     

(3)
thì phương trình (1) chuyển về dạng:
rot
V V U
 
  
(4)
Đánh giá giá trị gradient entropy và tổng enthalpy
gần mặt trên của profile cánh P-185-12 cho thấy
0
H

và
S

có cùng hướng và
U

cũng có hướng
0
H


.

H. 1 Gradient tổng enthalpy và entropy gần bề mặt profile P-185-12 với М

= 0,7, T = +80ºС, α = 2º

Khi bề mặt cánh được làm nóng sẽ phát sinh
những xoáy khí mới, ở mặt trên cánh là xoáy
dương
ω 0


, mặt dưới tạo ra xoáy âm
ω 0


.
Những xoáy này làm cho profile vận tốc trong lớp
biên trở nên bớt «căng» hơn, gradient vận tốc nhỏ
hơn, theo công thức Niuton hệ số lực ma sát vì vậy
mà nhỏ hơn (H. 2).

H. 2 Lực cản giảm khi đốt nóng bề mặt cánh
0
H


Т= +80ºС
0

H


Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 773
Mã bài: 165

Như vậy chúng ta đã giải thích được cơ chế tác
động của nhiệt độ lên lực cản khi làm nóng bề mặt
cánh thông qua tích phân Krokko (1). Tuy nhiên,
tích phân này chỉ đúng cho dòng chảy không nhớt
bởi nó xuất phát từ hệ phương trình Euler. Trong
trường hợp lớp biên nhớt (dòng chảy thực) thì tích
phân suy biến về dạng [1]:
1
[ω ] Div
П
ρ
H T S V     
 

(5)
trong đó
П

- tenxơ ứng suất, biểu thị tất cả các
thành phần tản mát.
Cho trường hợp mặt phẳng :
ω (0,0,ω )
z



. Phương
trình (5) chuyển thành hệ :
1
ω (μ ),
ρ
ω 0.
x
z y
z x
H S V
T V
x x y y
H S
T V
y y
   
    
   
 
   
 
(6)
Dễ thấy, phương trình thứ hai của hệ (6) có dạng
giống hệt tích phân Krokko (1), vậy nên những lập
luận phía trên là hoàn toàn có cơ sở và có thể chấp
nhận được.
Trong trường hợp bề mặt profile cánh được làm
lạnh thì tổng enthalpy gần cánh là cực tiểu (H. 3),
gradient entropy và tổng enthalpy hướng ra theo

véc tơ pháp tuyến, ở mặt trên cánh phát sinh
những xoáy khí mới
ω 0


, còn ở mặt dưới cánh
phát sinh xoáy dương
ω 0


. Những xoáy này làm
cho profile vận tốc ở lớp biên trở nên « căng »
hơn, gradient vận tốc lớn hơn, dẫn đến hệ số lực
ma sát cũng lớn hơn.

H. 3 Lực cản tăng khi bề mặt cánh được làm lạnh

Nếu đốt nóng mặt dưới cánh hoặc làm lạnh mặt
trên cánh thì xoáy khí phát sinh là xoáy âm
ω 0


,
lưu lượng xoáy đi qua chu tuyến bao quanh cánh
vì thế tăng, giá trị tuyệt đối của lưu số tăng, lực
nâng vì vậy cũng tăng.

4. Phương pháp số thẩm định kết quả
Những lập luận lý thuyết được chứng thực bằng
kết quả tính toán số trong khuôn khổ bài toán biên

của phương trình Navier-Stokes (trung bình hóa
theo Reynolds). Các kết quả tính toán thu trên gói
phần mềm ANSYS CFX với model nhiễu k-ω
được sử dụng để xây dựng và phân tích các đồ thị
C
x
(α), C
y
(α), M
z
(C
y
), K(C
y
). Nghiên cứu tiến hành
trên cơ sở bài toán dừng cho profile cánh mang mã
số P-185-12 của Viện thủy khí động học trung
ương TSAGI – Liên Bang Nga. Chiều dày tương
đương cánh là 12,5% (H. 4), số Reynolds Re =
2·10
6
. Rất nhiều phép tính với các số Mach và góc
tấn khác nhau đã được thực hiện để thẩm định tính
chính xác của kết quả. Cụ thể: số Mach М =
0,60÷0,74 với bước ∆M = 0,02, góc tấn α = 0÷9º
với bước ∆α = 0,5º. Nhiệt độ dòng khí chảy tới
profile: T
∞
= −18ºС. Lưới điểm là lưới có cấu trúc
với 136.000 nút, chiều cao ô lưới đầu tiên là 10

-
6
m. Các hệ số lực cản, lực nâng, mô men được tính
trong hệ tọa độ tốc độ OX
a
Y
a
Z
a
.


H. 4 Profile cánh P-185-12 và lưới điểm

Các trạng thái khác nhau của bề mặt profile được
nghiên cứu tỉ mỉ và kỹ lưỡng nhằm đưa ra kết quả
thuyết phục về khả năng thay đổi của các thông số
khí động dưới tác động nhiệt, cụ thể là:
774 Vũ Thành Trung

VCM2012
1. Bề mặt cả profile cách nhiệt.
2. Nhiệt độ bề mặt cả profile duy trì ở các
mức: Т = −80ºС, −40ºС, 0ºС, +40ºС,
+80ºС.
3. Nhiệt độ mặt trên và mặt dưới profile
không giống nhau, mặt dưới nóng hơn với
nhiệt độ T
low
= +80ºС, mặt trên lạnh với

T
up
= −80ºС, −40ºС, 0ºС.
4. Một mặt profile cách nhiệt, mặt còn lại có
nhiệt độ thay đổi từ −120ºС đến +120ºС

5. Kết quả tính toán
Kết quả tính toán thu được cho các số Mach khác
nhau hoàn toàn tương đương, vì vậy trong khuôn
khổ bài báo chỉ trình bày một trường hợp tiêu biểu
với М
∞
= 0,6.
Như đã biết, lực cản khí động được tạo thành từ
lực cản ma sát và lực cản áp suất. Trên H. 5 mô tả
đồ thị hệ số lực cản ma sát (Cxfa) theo góc tấn
(alpha) trong các trường hợp phân bố nhiệt cơ
bản: profile cách nhiệt (đường “adiabat”), profile
với nhiệt độ bề mặt −80ºС (đường “Т = −80С”) và
profile được đốt nóng tới + 80ºС (đường “Т =
+80С”). Rõ ràng, tại mỗi góc tấn, khi nhiệt độ
tăng thì lực cản ma sát giảm và ngược lại, khi
nhiệt độ giảm thì ma sát tăng. Điều này có vẻ mâu
thuẫn với lý thuyết vì khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt
động tăng, dẫn tới ma sát tăng, nhưng thực tế
chứng minh với profile cánh thì khi nhiệt độ tăng
sẽ kéo theo sự phát sinh những xoáy mới ở khu
vực gần profile, những xoáy này làm giảm
gradient vận tốc, dẫn tới suy giảm lực ma sát.
Đối với lực cản áp suất thì chưa có công thức nào

hay lý thuyết nào nói về sự biến đổi của nó dưới
tác động nhiệt, mọi suy đoán phải dựa trên tính
toán và thực nghiệm để xác minh. Các đồ thị trên
H. 6 mô tả hệ số lực cản áp suất theo góc tấn
alpha. Dễ thấy, trái ngược với lực cản ma sát, khi
được làm lạnh thì lực cản áp giảm, khi làm nóng
thì lực cản áp tăng.
0,005
0,0055
0,006
0,0065
0,007
0,0075
0,008
0,0085
0,009
0 1 2 3 4 5 6 7
alpha
Cxfa
T = - 80C
adiabat
T = + 80C

H. 5 Ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt đến lực cản
ma sát

0,001
0,002
0,003
0,004

0,005
0,006
0,007
0,008
0,009
0,01
0 1 2 3 4 5 6 7
alpha
Cxpa
T = - 80C
adiabat
T = + 80C

H. 6 Ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt đến lực cản
áp suất

Như vậy khi làm lạnh bề mặt cánh thì lực cản tăng
theo phương tiếp tuyến (lực cản ma sát) và giảm
theo pháp tuyến (lực cản áp suất). Khi làm nóng
bề mặt cánh thì ngược lại, lực cản tiếp tuyến giảm
và lực cản pháp tuyến tăng. Tổng của hai lực cản
này cho ta lực cản tổng hợp, và được diễn tả trên
H. 7.
Trên H.7, tại bất kỳ giá trị góc tấn nào trong
khoảng từ 0º đến 7º ta đều nhận thấy rằng tổng lực
cản giảm khi nhiệt độ tăng, và ngược lại lực cản
tăng khi nhiệt độ bề mặt cánh giảm. Điều này
chứng minh lý thuyết nêu trên là hoàn toàn đúng
đắn.
0,01

0,011
0,012
0,013
0,014
0,015
0,016
0 1 2 3 4 5 6 7
alpha
Cxa
T= - 80C
adiabat
T= + 80C

H. 7 Ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt đến lực cản
tổng hợp

Lý thuyết trong cuốn sách của TSKH Petrov A.S.
có nêu rằng: với góc tấn dương, sự tăng nhiệt độ
bề mặt cánh sẽ làm giảm đóng góp của thành phần
hoàn lưu (circulation) vào lực nâng, làm cho lực
nâng bị giảm. Khi làm lạnh bề mặt cánh thì ngược
lại, thành phần hoàn lưu sẽ làm tăng lực nâng. Để
chứng mình khẳng định này có thể xem xét kết
quả tính toán số trên đồ thị H. 8, nơi mô tả hệ số
lực nâng С
уа
theo góc tấn với các trường hợp phân
bố nhiệt nêu trên.
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 775
Mã bài: 165

Dễ thấy, sự sụt giảm nhiệt độ làm cho lực nâng
tăng lên đáng kể so với trường hợp profile cách
nhiệt. Tại góc tấn lớn (9º) sự gia tăng là ΔС
уа
≈
0,04, tương đương 4% giá trị cực đại của hệ số lực
nâng trong trường hợp profile cách nhiệt.
Nghiên cứu sâu hơn nữa bằng cách giữ một bề mặt
cách nhiệt và thay đổi nhiệt độ của bề mặt còn lại
sẽ cho thấy từng bề mặt profile cánh tác động đến
các lực khí động ra sao.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 2 4 6 8 10
alpha
Cya
adiabat
T=-80C
T=+80C

H. 8 Ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt đến lực nâng

Trên H. 9 mô tả trường hợp mặt dưới profile cách
nhiệt, mặt trên có nhiệt độ thay đổi từ −120°С đến
+120°С. Dễ thấy, đường Т

up
= −120°C nằm trên
cao nhất, nó tương ứng với trường hợp lực nâng
cao nhất, còn đường Т
up
= +120°C nằm thấp nhất
nói lên rằng lực nâng của profile này nhỏ nhất. Rõ
ràng là khi được làm lạnh thì với mỗi góc tấn
dương, lực nâng tăng đơn điệu theo các mức giảm
nhiệt độ mặt trên của profile. Ngược lại, khi đốt
nóng mặt trên kết quả cho thấy lực nâng giảm rõ
rệt, nhiệt độ càng tăng thì lực nâng càng giảm.
H. 10 mô tả trường hợp ngược lại khi mặt trên
profile được giữ cách nhiệt, còn mặt dưới có nhiệt
độ thay đổi từ −120°С đến +120°С. Điều đặc biệt
nhận thấy là tất cả các đồ thị hầu như nhập lại làm
một tại mọi điểm, điều đó nói lên rằng sự thay đổi
nhiệt độ mặt dưới profile tác động rất ít đến lực
nâng. Như vậy, đóng góp chính vào sự thay đổi
lực nâng là mặt trên profile.
H. 11 mô tả đồ thị số K của profile trong các
trường hợp phân bố nhiệt khác nhau. Dễ thấy, khi
làm lạnh toàn bộ profile (các đường Т = − 80ºС, Т
= −40ºС) thì số K tăng (so với trường hợp profile
cách nhiệt), khi làm nóng toàn bộ profile (Т = +
80ºС, Т = + 40ºС) thì số K giảm, thêm vào đó,
càng tăng nhiệt độ thì K càng giảm mạnh.
Số K lớn nhất quan sát được ở trường hợp đồng
thời làm nóng mặt dưới và làm lạnh mặt trên cánh
với nhiệt độ tương ứng là +80ºС và –80ºС. So

sánh với profile cách nhiệt thu được ΔК
max
= 5,6,
tương đương 9% giá trị К
max
của profile cách
nhiệt.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
0 1 2 3 4 5 6
alpha
Cya
Tup=-120C
Tup=-80C
Tup=-40C
Tup=0C
Tup=+40C
Tup=+80C
Tup=+120C
adiabat

H. 9 Hệ số lực nâng với profile có mặt dưới cách nhiệt
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 1 2 3 4 5 6 7
alpha
Cya
Tlow=-120C
Tlow=-80C
Tlow=-40C
Tlow=0C
Tlow=+40C
Tlow=+80C
Tlow=+120C

H. 10 Hệ số lực nâng với profile có mặt trên cách nhiệt

0
10
20
30
40

50
60
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cya
K
adiabat
T= - 80C
T= - 40C
T= 0C
T= + 40C
T= + 80C
Tup= - 80C,Tlow= + 80C
Tup= - 40C,Tlow= + 80C
Tup= 0C,Tlow= + 80C

H. 11 Đồ thị số K của profile trong các trường
hợp phân bố nhiệt khác nhau
776 Vũ Thành Trung

VCM2012
Cần chú ý thêm, giá trị hệ số lực nâng tương
đương với К
max
tăng khi làm lạnh và giảm khi làm
nóng profile, và nó đạt giá trị lớn nhất trong
trường hợp đồng thời đốt nóng mặt dưới và làm
lạnh mặt trên cánh.
Xem xét trường hợp thay đổi nhiệt độ chỉ một mặt
profile nhận thấy rằng, nếu giữ cho mặt dưới cách
nhiệt, còn mặt trên có nhiệt độ thay đổi trong

khoảng từ −120ºС đến +120ºС thì sự biến đổi của
số K hoàn toàn tương tự như hệ số lực nâng C
ya
:
giảm khi làm nóng và tăng khi được làm lạnh (H.
12).

0
10
20
30
40
50
60
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cya
K
Tup= + 120C
Tup= + 80C
Tup= + 40C
adiabat
Tup= 0 C
Tup= - 40C
Tup= - 80C
Tup= - 120C
H. 12 Số K của profile trong trường hợp mặt dưới
cách nhiệt

Nếu giữ cho mặt trên profile cách nhiệt, thay đổi
nhiệt độ mặt dưới từ −120ºС đến +120ºС, thì thu

được hiện tượng hoàn toàn ngược lại (H. 13).
Trong trường hợp này ta nhận thấy: mặc dù lực
nâng không hề thay đổi theo nhiệt độ mặt dưới
profile (H. 9), nhưng do lực cản giảm khi nhiệt độ
tăng nên số K vì thế tăng lên theo chiều tăng của
nhiệt độ mặt dưới, và giảm khi mặt dưới bị làm
lạnh.
Trên H. 14 thống kê và so sánh các khả năng tốt
nhất có thể làm tăng số K của profile cánh. Ta
thấy giá trị lớn nhất K
max
của hai trường hợp có
một mặt cách nhiệt là gần như bằng nhau, chỉ
khác nhau là với trường hợp mặt trên cách nhiệt,
mặt dưới được làm nóng thì K
max
đạt được tại giá
trị C
ya
nhỏ hơn, sau đó đồ thị biến hóa gần như
tương đương với trường hợp toàn bộ profile cách
nhiệt, và giá trị K của nó kém hơn trường hợp mặt
dưới cách nhiệt rất nhiều.
Nếu đồng thời làm nóng mặt dưới và làm lạnh mặt
trên cánh với các nhiệt độ tương ứng là T
low
=
+80ºС, T
up
= −80ºС thì có thể tăng К

max
lên hơn
một đơn vị nữa (ΔК
max
> 1). So sánh giá trị К
max

khi đó với trường hợp profile cách nhiệt thu được:
ΔК
max
= 4,5, tương đương 8,8% K
max
ban đầu.

10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cya
K
Tlow= + 120C
Tlow= + 80C

Tlow= + 40C
adiabat
Tlow= 0 C
Tlow= - 40C
Tlow= - 80C
lowT= - 120C
H
. 13 Số K của profile trong trường hợp mặt trên
cách nhiệt

10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cya
K
adiabat
low adiabat, Tup = - 80C
Tlow = + 80C, Tup = - 80C
up adiabat, Tlow = + 80C

H. 14 So sánh các trướng hợp có số K lớn nhất

Như vậy, nếu cần thiết phải tăng lực nâng thì có
thể làm lạnh mặt trên cánh, nếu cần giảm lực cản
thì đốt nóng mặt dưới cánh, và phương án tốt nhất
để thu được số К
max
cao là đồng thời làm nóng mặt
dưới và làm lạnh mặt trên cánh.
Nghiên cứu độ ổn định cân bằng tĩnh dọc theo
moment M
z
(C
ya
) trên H. 15 cho thấy: khi bị đốt
nóng giá trị M
z
tăng, đồ thị tiến gần đến trục
hoành, profile dễ mất ổn định cân bằng tĩnh dọc.
Khi được làm lạnh độ ổn định của profile cao hơn,
và sự ảnh hưởng đến profile tỷ lệ thuận với cường
độ nhiệt (lạnh hay nóng) đặt trên bề mặt cánh.
Khẳng định trên thể hiện rõ ràng hơn ở H. 16 với
đồ thị dM
z
/dC
ya
theo C
ya
miêu tả khoảng cách từ
trọng tâm cánh đến tâm khí động của 3 trường hợp

Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 777
Mã bài: 165
điển hình là: profile cách nhiệt, profile lạnh đến
−80ºС và profile nóng đến +80ºС. Dễ thấy, khi
tăng dần góc tấn thì profile nóng mất cân bằng
tĩnh dọc nhanh hơn, profile lạnh có độ dự trữ cân
bằng dọc lớn nhất.
-0,1
-0,09
-0,08
-0,07
-0,06
-0,05
-0,04
-0,03
-0,02
-0,01
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Cya
Mz
adiabat
T= - 80C
T= - 40C
T= 0C
T= + 40C
T= + 80C
Tup= -80 C,Tlow= + 80C
Tup= - 40C,Tlow= + 80C
Tup= 0C,Tlow= + 80C

H. 15 Độ ổn định cân bằng tĩnh dọc của profile
-0,04
-0,02
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Cya
dMz/dCya
adiabat
T= - 80C
T= + 80C

H. 16 Sự thay đổi tâm khí động khi làm nóng và
làm lạnh profile

Một hệ quả rất quan trọng trong nghiên cứu ảnh
hưởng của sự trao đổi nhiệt đến các thông số khí
động profile là sự thay đổi giá trị hệ số lực nâng
cho phép Cy
cp
(cho đến khi profile mất cân bằng
tĩnh dọc). Khi profile được làm nóng Cy
cp
giảm,
còn khi làm lạnh thì nó tăng. Điều đó được thể
hiện rõ ràng trên H.16, và có thể lý giải như sau:

khi tăng dần góc tấn, việc làm lạnh phần trên cánh
đã làm quá trình dòng khí bị bứt ra khỏi profile
diễn ra chậm hơn, còn việc đốt nóng profile làm
cho quá trình đó diễn ra nhanh hơn, và profile mất
cân bằng sớm hơn.
Trong trường hợp hiện tại giá trị cho phép của hệ
số lực nâng khi được làm lạnh đến −80ºС tăng lên
một đại lượng là ∆Cy
cp
≈ 0,08 so với profile cách
nhiệt.

6. Kết luận
Trong khuôn khổ bài báo đã trình bày chi tiết kết
quả tính toán số nghiên cứu ảnh hưởng của sự trao
đổi nhiệt giữa profile cánh và dòng khí đến các
thông số khí động học của profile, qua đó khẳng
định kết quả lý thuyết trong tài liệu tham khảo. Rõ
ràng là có thể tác động đến lực cản, lực nâng, số K
và độ ổn định cân bằng tĩnh dọc trục thông qua
việc làm nóng hay làm lạnh một mặt, hay cả
profile cánh.
Tuy nhiên nếu dùng các phương pháp dẫn nhiệt
thông thường để thay đổi nhiệt độ bề mặt cánh thì
hiệu suất thu được là rất thấp. Giá trị khoa học của
nghiên cứu trong bài báo được khẳng định khi ứng
dụng khí hoá lỏng làm nhiên liệu thay cho xăng
máy bay. Điều này có ý nghĩa thực tiễn vô cùng
lớn trong tương lai, khi nguồn năng lượng tự nhiên
đang cạn dần.

Khí hoá lỏng với nhiệt độ bản thân thấp cho phép
tự động làm lạnh bề mặt cánh mà không tốn năng
lượng. Trên đường đến động cơ nhiên liệu cần
được làm nóng, và sẽ làm cho bề mặt cánh nóng
lên theo.
Có thể mở rộng nghiên cứu dùng phương pháp số
cho cả mô hình máy bay thật kết hợp với nghiên
cứu thực nghiệm trong ống thổi khí động để so
sánh kết quả tính toán, đồng thời nghiên cứu việc
bố trí khí nhiên liệu hoá lỏng trên máy bay sao cho
hiệu năng thu được là cao nhất.

Tài liệu tham khảo
1. Петров А.С. Теория аэродинамических сил
при дозвуковых скоростях. Учебное
пособие. – М.: МФТИ, 2007. –236 с.


Vũ Thành Trung sinh năm
1981. Anh học đại học tại
Khoa Cơ học chất khí và kỹ
thuật bay Trường Đại học
Vật lý kỹ thuật Matxcova –
LB Nga từ năm 1999, tốt
nghiệp thạc sỹ năm 2007 và
nhận bằng tiến sỹ của trường
năm 2012 về chuyên ngành
Khí động học và các quá trình trao đổi nhiệt của
khí cụ bay. Hiện anh là giảng viên Khoa Hàng
không vũ trụ Học viện Kỹ thuật quân sự. Hướng

nghiên cứu chính là khí động học máy bay tên lửa.