Nghiên cứu thiết kế máy bay sử dụng hiệu ứng mặt đất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
──────── * ───────

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY BAY SỬ
DỤNG HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT

Sinh viên thực hiện : Phạm Hoàng Sơn
Lớp KSCLC – K53
Giáo viên hướng dẫn: TS.Vũ Quốc Huy
TS. Nguyễn Phú Hùng

HÀ NỘI 6-2013


PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin về sinh viên
Họ và tên sinh viên: Phạm Hoàng Sơn
Điện thoại liên lạc: 01689922534
Email:
Lớp: Kĩ sư Chất Lượng Cao – Cơ Khí Hàng Không
Hệ đào tạo: Đại học
Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Hàng Không Vũ Trụ
Thời gian làm ĐATN:
Ngày giao nhiệm vụ:
25 / 02 /2013
Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
12 / 06 /2013
2. Mục đích nội dung của ĐATN
Máy bay sử dụng hiệu ứng mặt đất có nhiều ưu điểm như tải trọng lớn, tiết

kiệm nhiên liệu.Chúng đã có 1 lịch sử phát triển khá lâu đời , tuy nhiên vẫn còn khá
mới mẻ ở Việt Nam. Mặc dù vậy, nước ta với đường bờ biển dài, có nhiều sông
ngòi kênh rạch cũng như 1 hệ thống biển đảo lớn rất phù hợp đối với việc phát triển
loại máy bay này, đặc biệt trong thời điểm hiện nay khi các vấn đề bảo vệ biên giới
quốc gia trên biển đang ngày càng nóng.
Với những lý do trên, việc năm vững những đặc điểm của hiện tượng hiệu
ứng mặt đất là chìa khóa để có thể làm chủ công nghệ cũng như có khả năng chế tạo
những mẫu máy bay mặt đất trong tương lai. Đồ án môn học trình bày các nghiên
cứu về hiện tượng hiệu ứng mặt đất qua cả mô phỏng số và thực nghiệm trong ống
khí động dưới âm, từ đó ứng dụng các kết quả thu được vào thiết kế chế tạo một số
mẫu mô hình máy bay cụ thể.
3. Các nhiệm vụ cụ thể của ĐATN
Đồ án chia làm 3 phần chính là mô phỏng số ,thực nghiệm và thiết kế mô
hình máy bay sử dụng hiệu ứng mặt đất.
Trong phần mô phỏng số, chúng ta tiến hành mô phỏng biên dạng cánh Clark
Y và tấm phẳng trong trường hợp 3D đối với các góc tấn 0 độ, 5 độ, 10 độ trong
nhiều độ cao khác nhau từ h/c = 0.05 đến h/c =1.
Trong phần thực nghiệm, chúng ta làm thí nghiệm với mô hình cánh Clark Y
với kích thước 200mm * 100 mm với các góc tấn, vận tốc và độ cao khác nhau, sau
đó đo đạc lực nâng và lực cản để so sánh lại với kết quả mô phỏng.
Trong phần chế tạo mô hình, chúng ta sử dụng các kết quả thu được trong
phần thực nghiệm và mô phỏng như hệ số lực nâng, hệ số lực cản, các tâm khí động
từ đó đưa ra và kiểm nghiệm được các mẫu máy bay có thể bay hiệu quả và ổn định
ở sát mặt đất.
4. Lời cam đoan của sinh viên:
Tôi – Phạm Hoàng Sơn - cam kết ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi
dưới sự hướng dẫn chính của TS Vũ Quốc Huy và sự hướng dẫn phụ của TS Nguyễn
Phú Hùng
Các kết quả nêu trong ĐATN là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất
kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng năm
Tác giả ĐATN
Phạm Hoàng Sơn


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

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.............................................................................................................................

Hà Nội, ngày….tháng….năm
Giáo viên hướng dẫn


TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hiện tượng hiệu ứng mặt đất là hiện tượng xảy ra khi cánh máy bay chuyển động
có góc tấn ở sát mặt đất. Hiện tượng hiệu ứng mặt đất xảy ra đi kèm với sự tăng lực nâng ,
giảm lực cản cũng như thay đổi các tính chất khí động khác. Một máy bay hiệu ứng mặt
đất là phương tiện bay ổn định ở sát mặ đất, tận dụng các ưu điểm của hiệu ứng này để đạt
được hệ số chất lượng khí động cao, qua đó tiêu thụ ít nhiên liệu hơn và có tải trọng lớn
hơn.
Trong nghiên cứu này, chúng ta sử dụng cả mô phỏng số và thực nghiệm để đo đạc
phân bố áp suất, hệ số lực nâng, lực cản của profile Clark Y theo độ cao đối với mặt đất và
góc tấn. Cụ thể hơn, chúng ta sử dụng module Fluent của phần mềm ANSYS cho việc mô
phỏng số và ống khí động dưới âm trong quá trình thực nghiệm. Từ kết quả mô phỏng và
thực nghiệm, chúng ta có thể xây dựng được 1 lý thuyết tổng quan về hiện tượng đồng thời
áp dụng kết quả này vào thiết kế một mô hình máy bay có thể bay hiệu quả và ổn định ở độ
cao sát mặt đất.

ABSTRACT OF THESIS
Wing-in-ground effect (WIG effect) is the phenomenon caused by the near-ground
flight of a wing. In this phenomenon, the lift of the wing is increased and the drag of the

wing is reduced. A WIG vehicle is a vehicle that uses wing-in-ground effect to obtain the
high fraction of coefficient lift over drag, so that the vehicle will get low fuel consumption
and take more loads.
In this research, we use both numerical simulation and experiments to measure the
coefficient of pressure, coefficients of lift, drag about the attack angle and height over the
chord. In particular, we use ANSYS Fluent software for the simulation and the
aerodynamic tunnel of Hanoi University of Science and Technology for experiments. For
the goals of this research, we are going to compare the results between simulation and
experiments so that we can basically understand the characters of WIG effect. After that,
we can give an aerodynamic concept and analyze its performance and stability.


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I. ........................................................................................................... 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT VÀ PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG
HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT ......................................................................................... 1
1.1.Khái niệm chung về hiệu ứng mặt đất và vấn đề nghiên cứu về hiện tượng. 1
1.2.Ứng dụng trong nghiên cứu về hiệu ứng mặt đất........................................... 1
1.2.1.Đối với phương tiên bay thông thường............................................................ 1
1.2.2 .Đối với ô tô.................................................................................................... 1
1.2.3.Đối với các loại tàu thủy ................................................................................. 2
1.2.4.Máy bay hiệu ứng mặt đất ............................................................................... 2
1.3.Các phương tiện bay sử dụng hiệu ứng mặt đất ............................................ 2
1.3.1.Khái niệm ....................................................................................................... 2
1.3.2.Ưu nhược điểm ............................................................................................... 3
1.3.3.Lịch sử phát triển ............................................................................................ 3
1.3.4.Một số mẫu WIG thông dụng.......................................................................... 3
1.3.5.Ứng dụng hiệu ứng mặt đất ở VN ................................................................... 5
CHƯƠNG II .......................................................................................................... 6

NGHIÊN CỨU VỀ HIỆN TƯỢNG HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT BẰNG PHƯƠNG
PHÁP MÔ PHỎNG SỐ......................................................................................... 6
2.1. Mô hình bài toán ............................................................................................. 6
2.2.Chia lưới mô hình ............................................................................................ 6
2.2.1.Đối với trường hợp 2D.................................................................................... 6
2.2.Đối với trường hợp 3D ...................................................................................... 8
2.3.Chọn mô hình rối ............................................................................................. 9
2.4.Thiết lập trong phần mềm FLUENT ............................................................ 10
2.5.Thiết lập điều kiện biên ................................................................................. 11
2.6.Kết quả mô phỏng.......................................................................................... 12
2.6.1. Sự thay đổi áp suất dọc theo chiều dài dây cung và chiều dài sải cánh ......... 12
2.6.1.1. Phân bố áp suất theo chiều dài dây cung ................................................... 12
2.6.1.2. Phân bố áp suất theo chiều dài sải cánh ..................................................... 14


2.6.2.Ảnh hưởng của góc tấn và độ cao đến lực nâng, lực cản và phân bố áp suất . 15
2.6.3.Ảnh hưởng của góc tấn và độ cao đến hệ số chất lượng khí động .................. 17
2.6.4.Ảnh hưởng của độ cao đến momen chúc ngóc và tính toán tâm khí động phụ
thuộc độ cao .......................................................................................................... 18
2.6.5.Ảnh hưởng của hiệu ứng mặt đất đến hướng dòng chảy sau cánh ................. 20
CHƯƠNG III ....................................................................................................... 23
NGHIÊN CỨU VỀ HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC
NGHIỆM ............................................................................................................. 23
3.1.Lựa chọn mô hình thí nghiệm hiệu ứng mặt đất .......................................... 23
3.2.Thiết kế mô hình thí nghiệm đo hiệu ứng mặt đất ....................................... 23
3.2.1.Thành phần bộ thí nghiệm đo hiệu ứng mặt đất............................................. 24
3.2.1.1.Bộ phận lắp gá cánh ................................................................................... 24
3.2.1.2.Mô hình cánh ............................................................................................. 25
3.2.1.3.Ống khí động AF 6116 .............................................................................. 25
3.2.1.4.Cảm biến lực biến dạng Loadcell Mavin NA1 ........................................... 25

3.2.1.5.Thiết bị Agilent 34970 ............................................................................... 26
3.2.1.6. Bộ ghép kênh 34901A 20 – Channel ......................................................... 26
3.2.2.Lắp đặt hệ thống ........................................................................................... 26
3.3.Tiến hành thí nghiệm..................................................................................... 27
3.4.Kết quả thí nghiệm ........................................................................................ 28
3.4.1.Thí nghiệm với mẫu khối lượng chuẩn.......................................................... 28
3.4.2. Phân tích kết quả thực nghiệm ..................................................................... 29
3.5.Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số trong quá trình thí nghiệm ...................... 30
CHƯƠNG IV ....................................................................................................... 31
THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY BAY HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT ............................. 31
4.1.Chọn mô hình đơn giản của máy bay ........................................................... 31
4.2.Sự ổn định của máy bay hiệu ứng mặt đất ................................................... 32
4.2.1. Sự ổn định ngang ......................................................................................... 32
4.2.2.Sự ổn định hướng ......................................................................................... 33
4.2.3.Sự ổn định dọc .............................................................................................. 33
4.2.4.Sự ổn định độ cao ......................................................................................... 34
4.2.5. Vấn đề kết hợp giữa ổn định độ cao và ổn định dọc ..................................... 35
4.3. Thiết kế máy bay hoàn chỉnh ....................................................................... 36


4.4.Ổn định tĩnh đối với mô hình máy bay ......................................................... 38
4.4.1. Ổn định ngang ............................................................................................. 38
4.4.2. Ổn định hướng ............................................................................................. 38
4.4.3. Ôn định dọc ................................................................................................. 39
4.4.4. Ổn định độ cao............................................................................................. 39
4.5. Bay thử nghiệm ............................................................................................. 39
4.5.1. Phương pháp vận hành ................................................................................. 39
4.5.2.Hình ảnh thử nghiệm .................................................................................... 40
Phụ lục 1 .............................................................................................................. 45
Thông số quạt trong ống khí động ......................................................................... 45

Phụ lục 2 .............................................................................................................. 46
Một số hình ảnh về phân bố áp suất và vận tốc khi xảy ra hiện tượng hiệu ứng mặt
đất với góc tấn 5 độ, vận tốc dòng khí v = 10 m/s .................................................. 46
Phụ lục 3 .............................................................................................................. 49
Số liệu mô phỏng và thực nghiệm trong các trường hợp độ cao và góc tấn khác nhau
.............................................................................................................................. 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 52

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH
Hình 1.1. Xe đua công thức I ................................................................................... 2
Hình 1.2. Thuyền tốc độ cao .................................................................................... 2
Hình 1.3. WIG Ekranoplan ...................................................................................... 4
Hình 1.4.WIG cánh delta ngược .............................................................................. 4
Hình 1.5.Tandem ..................................................................................................... 5
Hình 2.1. Biên dạng Profile Clark Y ........................................................................ 6
Hình 2.2.Mô hình chia lưới...................................................................................... 7
Hình 2.3a.Lưới sau khi chia ..................................................................................... 8
Hình 2.3b.Lưới sau khi chia của tấm phẳng ............................................................. 8
Hình 2.3c. Thông số lưới của tấm phẳng ................................................................. 8
Hình 2.3d. Lưới sau khi chia của airfoil Clark Y ..................................................... 9
Hình 2.3e.Thông số lưới của airfoil Clark Y ............................................................ 9
Hình 2.4.Thiết lập trong Fluent.............................................................................. 10


Hình 2.5. Mô hình lưới với điều kiện biên ............................................................. 11
Hình 2.6. Điều kiện đầu vào và đầu ra ................................................................... 11
Hình 2.7.Đồ thị thể hiện kết quả hội tụ .................................................................. 11
Hình 2.8a. Vector vận tốc ở đầu cánh trong trường hợp h/c = 0.08 ........................ 13
Hình 2.8b. Vector vận tốc ở đầu cánh trong trường hợp h/c =1 .............................. 13
Hình 2.9a .Phân bố áp suất trên bụng cánh trong trường hợp h/c =0.05 ................. 14

Hình 2.9b. Phân bố áp suất trên bụng cánh trong trường hợp h/c = 0.85 ................ 14
Hình 2.10. Xoáy xuất hiện ở độ cao rất thấp .......................................................... 16
Hình 2.11.Đồ thị thể hiện sự thay đổi của Cl theo độ cao dựa trên thực nghiệm..... 17
Hình 2.12. Phân bố áp suất trên 1 mặt cắt của cánh ............................................... 19
Hình 2.13. Hiện tượng xoáy đầu cánh.................................................................... 20
Hình 2.14. Hiệu ứng downwash trên dòng chảy trong khu vực cánh đối với 1 mặt
cắt cánh của cánh hữu hạn ..................................................................................... 20
Hình 2.15 . Ảnh hưởng của mặt đất đến hướng của dòng ....................................... 21
Hình 2.16a. Đường dòng trong trường hợp h/c =0.05 ............................................ 21
Hình 2.16b.Đường dòng trong trường hợp h/c =1 .................................................. 22
Hình 2.17a. Dải xoáy đầu cánh tại h/c =0.05 ......................................................... 22
Hình 2.17b. Dải Xoáy đầu cánh tại h/c =1 ............................................................. 22
Hình 3.1.Mô hình thí nghiệm thiết kế bằng phần mềm Solidworks ........................ 23
Hình 3.2. Chế độ đo lực nâng ................................................................................ 24
Hình 3.3. Chế độ đo lực cản .................................................................................. 24
Hình 3.4.Mô hình cánh hoàn chỉnh ........................................................................ 25
Hình 3.5.Loadcell Mavin NA1 .............................................................................. 25
Hình 3.6.Sơ đồ ghép nối thiết bị ............................................................................ 26
Hình 3.7. Buồng thử của ống khí động sau khi lắp đặt thiết bị ............................... 27
Hình 3.8. Số liệu đo mẫu chuẩn ............................................................................. 28
Hình 3.9. Số liệu bị suy giảm trong quá trình thí nghiệm ....................................... 30
Hình 4.1. Mô hình thiết kế đơn giản của máy bay .................................................. 32
Hình 4.2. Sự ổn định ngang của máy bay hiệu ứng mặt đất .................................... 32
Hình 4.3. Sự ổn định hướng của máy bay hiệu ứng mặt đất ................................... 33
Hình 4.4. Sự ổn định dọc của máy bay hiệu ứng mặt đất ....................................... 33
Hình 4.5.Sự ổn định độ cao theo lực nâng ............................................................. 34
Hình 4.6. Sự ổn định theo độ cao của máy bay hiệu ứng mặt đất. .......................... 35


Hình 4.7. Vị trí trọng tâm đảm bảo ổn định theo độ cao và ổn định dọc ................. 35

Hình 3.8. Vị trí tâm khí động đối với biên dạng cánh thông thường ....................... 36
Hình 4.9.Mô hình thiết kế sử dụng phần mềm Solidworks ..................................... 36
Hình 4.10.Hình chiếu của của thiết kế máy bay ..................................................... 37
Hình 4.11.Mô hình máy bay hoàn chỉnh ................................................................ 37
Hình 4.12. Kết quả thử nghiệmmẫu máy bay nhỏ .................................................. 40
Hình 4.13. Kết quả thử nghiệmmẫu máy bay lớn ................................................... 41
Hình 4.14. Phiên bản nâng cấp .............................................................................. 42
Bảng 2.1. Lực nâng tính toán trong các lưới có số nút tăng dần ............................... 7
Đồ thị 2.1. Phân bố áp suất trên mặt cánh trong trường hợp cánh 2D ..................... 12
Đồ thị 2.2.Ảnh hưởng của góc tấn và độ cao đến lực nâng trong trường hợp cánh 2D
.............................................................................................................................. 15
Đồ thị 2.3.Ảnh hưởng của góc tấn và độ cao đến lực nâng trong trường hợp cánh 3D
.............................................................................................................................. 15
Đồ thị 2.4. Ảnh hưởng của góc tấn và độ cao đến lực cản trong trường hợp cánh 2D
.............................................................................................................................. 16
Đồ thị 2.5. Ảnh hưởng của góc tấn và độ cao đến hệ số chất lượng khí động trong
trường hợp 2D ....................................................................................................... 18
Đồ thị 2.6. Sự phụ thuộc của momen chúc ngóc đến độ cao .................................. 19
Đồ thị 3.1. Sự phụ thuộc của lực nâng vào góc tấn và độ cao xác định qua thực
nghiệm .................................................................................................................. 29
Bảng 3.1. Sai số tương đối giữa mô phỏng và thực nghiệm ................................... 30
Đồ thị 4.1. Hệ số momen chúc ngóc theo góc tấn ở các vị trí khác nhau của trọng
tâm đối với tâm khí động theo góc tấn ................................................................... 34
Đồ thị 4.2.Hệ số momen chúc ngóc theo độ cao ở các vị trí khác nhau của trọng tâm
đối với tâm khí động theo độ cao ........................................................................... 35
Đồ thị 4.3. Đồ thị hệ số momen ổn định ngang ...................................................... 38
Đồ thị 4.4. Đồ thị hệ số momen ổn định hướng ..................................................... 38
Đồ thị 4.5.Đồ thị momen ổn định dọc .................................................................... 39
Đồ thị 4.6. Đồ thị momen ổn định độ cao .............................................................. 39
Bảng 1- Phụ lục. Số liệu lực nâng và lực cản đối với góc tấn 2,5 độ, Re = 54000 .. 49

Bảng 2- Phụ lục. Số liệu lực nâng và lực cản đối với góc tấn 5 độ, Re = 54000 ..... 50
Bảng 3 – Phụ lục. Số liệu lực nâng và lực cản đối với góc tấn 4 độ, Re = 1.000.000
.............................................................................................................................. 51


KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Kí hiệu
WIG
Cl
Cd
Cdi
f
h
c
h/c

α
L
D
S
V
Re
Cm

AoA

Ý nghĩa
Wing-in-Ground Aircraft : máy bay sử dụng hiệu ứng mặt đất
Hệ số lực nâng
Hệ số lực cản

Hệ số lực cản cảm ứng
Tỉ số chất lượng khí động
Độ cao tính từ mặt đất đến cánh
Dây cung cánh
Tỉ số độ cao
Góc tấn hiệu dụng
Góc tấn cảm ứng
Góc tấn của cánh đối với hướng gió vô cùng
Lực nâng
Lục cản
Diện tích cánh
Vận tốc
Số Reynolds
Hệ số momen chúc ngóc
Hệ số momen chúc ngóc tại đầu cánh
Tọa độ tâm khí động
Góc tấn của cánh


LỜI MỞ ĐẦU
Các máy bay sử dụng hiệu ứng mặt đất đã có lịch sử phát triển khá lâu dài
trên thế giới, được biết đến với nhiều mẫu thiết kế kì lạ, nổi bật là “Quái Vật Biển
Caspian” Ekranoplan của Liên Xô. Cho dù việc nghiên cứu về máy bay hiệu ứng
mặt đất ở Liên Xô đã gặp những gián đoạn do các nguyên nhân về chính trị và kinh
tế, nhưng những phương tiện bay này vẫn tiếp tục được phát triển ở nhiều nước trên
thế giới như Mỹ, Đức, Nhật ,Trung Quốc và Australia.
Với những ưu điểm như khả năng vận tải lớn, tiết kiệm nhiên liệu trong hoạt
động, có thể đáp cánh trên biển mà không cần sân bãi, thì việc sử dụng máy bay
hiệu ứng mặt đất được ứng dụng nhiều trong cả dân sự và quân sự. Đặc biệt, hiệu
ứng mặt đất đem lại lợi thế vô cùng to lớn trong vận tải biển và an ninh quốc phòng

cho các quốc gia có đường bờ biển dài, diện tích biển rộng và hệ thống sông hồ lớn
như Việt Nam. Do đó, việc nắm được những nguyên lý cơ bản của hiện tượng hiệu
ứng mặt đất là cần thiết để có thể tiếp nhận được những công nghệ của loại máy bay
này trong tương lai, cũng như có thể trực tiếp thiết kế và chế tạo những mẫu máy
bay sử dụng hiệu ứng này.
Với những lý do này , em quyết định chọn đề tài :” nghiên cứu thiết kế máy
bay sử dụng hiệu ứng mặt đất”. Như tên đề tài, mục tiêu của đồ án chính là việc
nghiên cứu và thiết kế thành công một mẫu máy bay có thể bay hiệu quả và ổn định
ở sát mặt đất. Để thực hiện được mục tiêu này, việc cần thiết là phải có những
nghiên cứu cơ bản về hiện tượng hiệu ứng mặt đất, qua đó thu được những hiểu biết
tổng quan về hiện tượng này để có thể áp dụng vào quá trình thiết kế. Chính vì
những lý do này, nội dung của đồ án bao gồm 4 chương chính:
Chương I : Nêu những khái niệm cơ bản về hiệu ứng mặt đất , phân
loại các loại máy bay sử dụng hiệu ứng mặt đất.
Chương II : Sử dụng phương pháp mô phỏng số để thực hiện các
nghiên cứu về hiệu ứng mặt đất đối với cánh máy bay.
Chương III. Sử dụng phương pháp thực nghiệm để thực hiện các
nghiên cứu về hiệu ứng mặt đất, đồng thời đưa ra những so sánh với
phương pháp mô phỏng số.
Chương IV. Thiết kế mô hình máy bay sử dụng hiệu ứng mặt đất.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em xin chân thành cảm ơn chân thành đến
sự hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt
là thầy giáo hướng dẫn chính TS. Vũ Quốc Huy và thầy giáo hướng dẫn phụ là TS.
Nguyễn Phú Hùng để em có thể thực hiện tốt được những công việc đặt ra trong đồ
án. Ngoài ra, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến những thành viên trong xưởng của bộ
môn Hàng Không Vũ Trụ, đặc biệt là TS. Vũ Đình Quý, các bạn sinh viên tập thể
lớp Kĩ Thuật Hàng Không và lớp KSCLC - Cơ Khí Hàng Không đã giúp đỡ em rất
nhiều trong quá trình chuẩn bị cho đồ án. Tuy nhiên với những hạn chế vê thời gian,
kiến thức và kinh nghiệm làm việc nên những sai sót xảy ra là không thể tránh khỏi.
Em rất hy vọng nhận được những nhận xét thẳng thắn từ các thầy cô giáo để em có

thể thêm kinh nghiệm phục vụ cho công việc sau này.
Hà Nội, ngày tháng 2013
Phạm Hoàng Sơn


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT

CHƯƠNG I.
TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT VÀ PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG
HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT
Trong chương này, chúng ta chủ yếu tìm hiểu các khái niệm về hiệu ứng mặt đất ,
những lý thuyết cơ bản về hiệu ứng mặt đất, phân loại các phương tiện hiệu ứng mặt
đất cũng như lịch sử phát triển của chúng.
1.1.Khái niệm chung về hiệu ứng mặt đất và vấn đề nghiên cứu về hiện tượng
Hiệu ứng mặt đất là hiện tượng xảy ra khi 1 vật thể chuyển động trong
khoảng cách nhỏ đối với mặt đất. Khoảng cách nhỏ ở đây thường được xác định so
với kích thước của vật thể. Đối với cánh máy bay, hiện tượng hiệu ứng mặt đất xảy
ra khi cánh bay thấp sát mặt đất với góc tấn lớn hơn 0 độ. Khi đó, lực nâng của cánh
tăng lên trong khi lực cản cảm ứng giảm, chúng ta được lợi về hệ số chất lượng khí
động f = Cl/Cd, và được lợi về mặt tiêu thụ nhiên liệu.
Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng hiệu ứng mặt đất là do sự nén không
khí giữa bụng cánh và mặt đất khi có sự chênh lệch giữa diện tích dòng khí vào
bụng cánh và ra ở đuôi cánh trong trường hợp cánh có góc tấn. Chính vì lý do này,
việc nghiên cứu hiện tượng hiệu ứng mặt đất sẽ tập trung vào phân tích phân bố áp
suất dọc theo chiều dài dây cung cũng như sải cánh, qua đó giải thích được sự tăng
lực nâng, giảm lực cản cũng như các vấn đề về tâm khí động sẽ được nêu chi tiết
trong đồ án.
Hiệu ứng mặt đất xuất hiện trong nhiều lĩnh vực như hàng không, các
phương tiện di chuyển trên mặt đất như ô tô, hay các phương tiện di chuyển trên
biển như tàu cao tốc. Trong nghiên cứu này , chúng ta tập chung vào hiện tượng

hiệu ứng mặt đất xảy ra đối với cánh máy bay.
1.2.Ứng dụng trong nghiên cứu về hiệu ứng mặt đất
Việc nghiên cứu về hiệu ứng mặt đất có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn
1.2.1.Đối với phương tiên bay thông thường
Hiệu ứng mặt đất ảnh hưởng lớn đến quá trình cất hạ cánh của các loại máy
bay thông dụng cũng như trực thăng. Cụ thể , trong quá trình hạ cánh của các máy
bay cánh bằng, nhất là các máy bay có cánh thấp, hiệu ứng mặt đất gây ra 1 lớp
đệm không khí giữa máy bay và đường băng, gây khó khăn trong việc hạ cánh, gây
ra việc chạy quá đường băng . Trong 1 số trường hợp, để khắc phục điều này, người
ta phải triệt tiêu lực này để đảm bảo an toàn khi hạ cánh.
1.2.2 .Đối với ô tô
Hiệu ứng mặt đất có 1 số ứng dụng nhỏ đối với nghành ô tô, đặc biệt đối với
lĩnh lực xe đua. Trong các xe đua công thức I, gầm xe rất thấp so với mặt đất, do đó
lực nâng do hiệu ứng mặt đất gây ra ảnh hưởng đến độ bám đường của xe. Để khắc
phục điều này, trên xe đua có khá nhiều các cánh phụ có tác dụng ép xe bám vào
mặt đường hơn.

1


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT

Hình 1.1. Xe đua công thức I
Internet
1.2.3.Đối với các loại tàu thủy
Đối với các loại thuyền đua có tốc độ cao thường có diện tích tiếp xúc với
mặt nước nhỏ, phần bụng thuyền bị nhấc lên không chịu tác động của hiện tượng
hiệu ứng mặt đất tương tự như cánh máy bay. Do đó, hiệu ứng mặt đất gây ra các
lực nguy hiểm có thể gây ra lật thuyền. Tuy nhiên hiệu ứng mặt đất cũng giúp cho
thuyền đạt tốc độ cao hơn do giảm lực cản của nước.

Hình 1.2. Thuyền tốc độ cao
Internet
1.2.4.Máy bay hiệu ứng mặt đất
Là các loại máy bay được thiết kế để bay sát mặt đất hoặc mặt nước.Đây
cũng chính là hướng nghiên cứu của đồ án. Chúng ta sẽ phân tích kĩ về loại phương
tiện này trong phần sau.
1.3.Các phương tiện bay sử dụng hiệu ứng mặt đất
1.3.1.Khái niệm
Đây là các phương tiện sử dụng hiệu ứng mặt đất như là 1 phương pháp
chính trong di chuyển. Các phương tiện này thường có hình dáng bên ngoài tương
đối giống máy bay nhưng di chuyển ở sát mặt đất ( thường là mặt sông , mặt biển),
2


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT

do đó tận dụng được hiệu quả của hiệu ứng này ( tăng lực nâng, giảm lực cản, tiết
kiệm nhiên liệu ).
1.3.2.Ưu nhược điểm
Do có phương thức hoạt động như máy bay nhưng môi trường hoạt động như
của tàu thuyển, các phương tiện sử dụng hiệu ứng mặt đất ( Wing in Ground
vehicles – WIG) tận dụng được các ưu điểm của cả 2 phương tiện giao thông trên.
Mặc dù khó có thể đưa ra so sánh chính xác ưu và nhược điểm của máy bay
thông thường và phương tiện sử dụng hiệu ứng mặt đất về mặt tiêu hao nhiên liệu
do có sự khác biệt về môi trường hoạt động ( ở các độ cao khác nhau, áp suất và
nhiệt độ không khí có sự thay đổi lớn), tuy nhiên, các phương tiện hiệu ứng mặt đất
có 1 lợi thế không thể phủ nhận đó là vận tốc của các phương tiện này lớn hơn bất
kì loại thuyền nào đang được sử dụng ( do hoàn toàn không tiếp xúc với mặt đất
trong quá trình di chuyển, tránh được lực cản của nước ). Ngoài ra, các WIG còn an

toàn hơn máy bay do bay ở độ cao thấp, khó bị thất tốc , dễ dàng điều khiển và
không yêu cầu sân bay đặc biệt để có thể cất hạ cánh. Chúng hoàn toàn có thể sử
dụng mặt nước làm nơi hạ cánh của mình.
Tuy nhiên, các WIG cũng có 1 số những nhược điểm cần phải khắc phục. Đó
là sự khó khăn trong điều khiển , giữ ổn định độ cao và sự ảnh hưởng của thời tiết.
Các WIG thông thường không thể di chuyển trong điều kiện thời tiết xấu. Điều này
lại xảy ra tương đối nhiều trên biển. Tuy vậy, các ứng dụng của phương tiện sử
dụng hiệu ứng mặt đất có tiềm năng vô cùng to lớn, cụ thể là trong tuần tra và vận
tải trên sông và trên biển.
1.3.3.Lịch sử phát triển
Cho đến hiện nay, các phương tiện bay sử dụng hiệu ứng mặt đất đã có 1 lịch
sử phát triển tương đối dài .Từ những năm 1920, hiện tượng hiệu ứng mặt đất đã
được chú ý khi các nhà khoa học quan sát và ghi nhận. Những mẫu máy bay WIG
đầu tiên được phát triển trong những năm 1960 bởi 1 số nước, đi đầu là Liên Xô và
Mỹ. Tuy nhiên, nhiều mẫu chỉ ở trong giai đoạn thử nghiệm, chỉ có 1 số mẫu được
đưa vào vận hành , tiêu biểu là Ekranoplan của Liên Xô. Đây là 1 trong những mẫu
lớn nhất được đưa vào vận hành, có tải trọng lên đến 500 tấn và tốc độ cao lên đến
270 knots. Ngoài ra, còn 1 số mẫu WIG cỡ nhỏ được chế tạo và sản xuất bởi các
quốc gia như Đức, Trung Quốc, Australia ..... Các mẫu này sử dụng chủ yếu cho
mục đích dân sự và vận chuyển.
1.3.4.Một số mẫu WIG thông dụng
+ Ekranoplan : Có hình dạng gần giống với máy bay thông thường. Các loại
máy bay này đạt được tốc độ cao, tải trọng lớn, thường được sử dụng trong quân sự
và vận chuyển. Đây là mẫu thiết kế được Liên Xô xử dụng nhiều trước đây trong
chế tạo WIG cỡ lớn.

3


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT

Hình 1.3. WIG Ekranoplan
Internet
+WIG sử dụng cánh delta ngược: Sử dụng các cánh tam giác ngược, đạt
được chất lượng khí động cao và độ ổn định cũng cao hơn so với các mẫu
Ekranoplan. Đã có những mẫu cỡ nhỏ của kiểu thiết kế này được chế tạo phục vụ
cho mục đích quân sự và dân sự.

Hình 1.4.WIG cánh delta ngược
Internet
+Tandem : WIG sử dụng 2 cặp cánh trong chuyển động. Ưu điểm của mẫu
thiết kế này là tạo được sự tự ổn định theo momen chúc ngóc của hệ 2 cánh. Các
mẫu Tandem đã được thử nghiệm trên sông hồ bởi người Đức và Liên Xô. Ngoài
ra, mẫu WIG cũng ít bị ảnh hưởng của gió ngang do không sử dụng đuôi đứng cũng
như đuôi ngang trong vận hành.

4


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT

Hình 1.5.Tandem
Internet
1.3.5.Ứng dụng hiệu ứng mặt đất ở VN
Hiện tại, máy bay sử dụng hiệu ứng mặt đất chưa có ứng dụng cụ thể nào ở
nước ta. Chúng ta chỉ có 1 số nghiên cứu nhỏ trong quân đội nhưng không được áp
dụng rộng rãi. Tuy nhiên, phạm vi ứng dụng của WIG đối với nước ta là vô cùng
lớn.
Thứ nhất, nước ta có 1 đường bờ biển dài, các WIG cỡ lớn có thể sử dụng
như các phương tiện chuyên chở người hoặc hàng hóa hiệu quả và tiết kiệm thời

gian cũng như chi phí.
Thứ hai, hiện nay vấn đề an ninh và chủ quyền đối với biển đảo của chúng ta
là 1 trong những vấn đề tối quan trọng. Tuy nhiên, để vận chuyển nhu yếu phẩm ra
được quần đảo Trường Sa, chúng ta gần như chỉ có thể sử dụng phương tiện là tàu
thuyền với thời gian di chuyển vào khoảng 2 ngày 1 đêm. Nguyên nhân là do các
đảo tương đối nhỏ, khó khăn để có thể xây dựng được những sân bay phục vụ cho
các máy bay cỡ lớn. Với WIG, chúng ta hoàn toàn có thể giải quyết được khó khăn
này, do WIG cõ lớn cũng chỉ cần sử dụng mặt biển để làm nơi cất hạ cánh. Ngoài
ra, với vận tốc lớn và khả năng bay lên cao đối với 1 số loại máy bay hiệu ứng mặt
đất, chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng trong tuần tra trên sông hồ và biển 1 cách
hiệu quả.
Cuối cùng, WIG không có yêu cầu về kĩ thuật và an toàn cao như các máy
bay thông thường, do vậy chúng ta hoàn toàn có thể nghĩ đến việc tự chế tạo các
loại WIG trong tương lai.

5


CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU VỀ HIỆN TƯỢNG HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT BẰNG PHƯƠNG
PHÁP MÔ PHỎNG SỐ
Trong mục này , chúng ta sử dụng phương pháp mô phỏng số để nghiên cứu
hiện tượng hiệu ứng mặt đất đối với cánh vô hạn (cánh 2D) và cánh hữu hạn (cánh
3D) . Chúng ta sử dụng module MESHING (là bản rút gọn của phần mềm chia lưới
ICEM ) để tạo mô hình lưới và module FLUENT nằm trong phần mềm ANSYS để
mô phỏng đặc trưng khí động của cánh bay sát mặt đất. Thông qua chương II,
chúng ta sẽ sử dụng kết quả mô phỏng để lần lượt tìm hiểu các vấn đề sau:
-Sự thay đổi phân bố áp suất trong hiện tượng hiệu ứng mặt đất theo chiều

dài dây cung và chiều dài sải cánh.
-Ảnh hưởng của góc tấn và độ cao đến hiện tượng hiệu ứng mặt đất ( bao
gồm sự thay đổi về lực nâng Cl , lực cản Cd, hệ số chất lượng khí động f ).
-Ảnh hưởng của vận tốc dòng chảy đển hiện tượng hiệu ứng mặt đất.
-Ảnh hưởng của độ cao đến giá trị momen chúc ngóc và xác định tâm khí
động theo độ cao
Quá trình tìm hiểu sẽ bao gồm việc tính toán , xử lý kết quả, đưa ra nhận xét so sánh
với lý thuyết cũng như các kết quả mô phỏng trong các nghiên cứu khác.
2.1. Mô hình bài toán
Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của góc tấn,tốc độ và độ cao của cánh đến hiện
tượng hiệu ứng mặt đất, chung ta sử dụng mô hình 2D và 3D của tấm phẳng và
airfoil Clark Y. Cánh có chiều dài dây cung là 100 mm, được đặt ở các góc tấn từ 0
độ đến 10 độ. Đối với trường hợp cánh 3D, chiều dài cánh là 200 mm . Độ cao của
cánh so với mặt đất được thay đổi từ 5 mm đến 100 mm, vận tốc đầu vào là 10m/s (
tương đương với số Reynolds = 54734) và 150 m/s ( tương ứng với số Reynolds =
10^6) . Do vậy việc sử dụng công cụ chia lưới ICEM là cần thiết do ICEM có khả
năng thay đổi 1 vài kích thước của mô hình trong lưới nhưng không cần phải chia
lại toàn bộ lưới. Do vậy chúng ta chỉ cần dựng 1 mô hình duy nhất và chọn phương
pháp chia lưới. Với mỗi một trường hợp ( độ cao, góc tấn), chúng ta chỉ cần thay
đổi lại biến kích thước và 1 số chỉnh sửa nhỏ trên lưới là đã có thể thực hiện trường
hợp mô phỏng mới.

Hình 2.1. Biên dạng Profile Clark Y
2.2.Chia lưới mô hình
2.2.1.Đối với trường hợp 2D
Mô hình được đặt trong không gian 2D hình chữ nhật có kích thước như hình
vẽ:
6

CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

Hình 2.2.Mô hình chia lưới
Kích thước như vậy để giảm thiểu sai số do ảnh hưởng của thành lên mô
hình.
Để xác định kích thước lưới phù hợp, chúng ta thay đổi số nút lưới lớn dần
và dựa vào sự hội tụ của thông số lực nâng L. Ta có bảng số liệu sau:
Nodes
L (N)
34730
4.44369
46662
4.5384
75757
4.94313
127284
5.29556
193308
6.06981
217620
6.30505
243084
6.40299
269700
6.48126
Bảng 2.1. Lực nâng tính toán trong các lưới có số nút tăng dần
Chúng ta nhận thấy khi tăng số nút lên 269700 , thông số lực nâng không còn
thay đổi lớn nữa. Do vậy chúng ta có thể sử dụng kích thước lưới trên trong việc mô
phỏng.
Để chia lưới mô hình có cấu trúc , chúng ta chia hình chữ nhật bao ngoài

thành các miền có 4 cạnh. Khu vực sát với thành phía dưới và xung quanh biên
dạng cánh sẽ được chia với mật độ lớn để mô phỏng được lớp biên sát thành của
chất lỏng cũng như các biên thiên lớn của các thông số vận tốc và áp suất. Chúng ta
có hình dạng lưới như sau:

7


CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

Hình 2.3a.Lưới sau khi chia
Thông số lưới:
Số nút: 269700
Số phần tử: 268234
2.2.Đối với trường hợp 3D
Với trường hợp 3D, để thuận tiện trong việc so sánh với kết quả thực nghiệm
trong ống khí động, chúng ta lựa chọn không gian khối hộp 3D có kích thước bằng
chính kích thước buồng thử của mô hình.( 400mm*500mm*1000mm). Chia lưới
với 2 biên dạng cánh là tấm phẳng và airfoil Clark Y ta có kết quả chia lưới như
sau:

Hình 2.3b.Lưới sau khi chia của tấm phẳng

Hình 2.3c. Thông số lưới của tấm phẳng

8


CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

Hình 2.3d. Lưới sau khi chia của airfoil Clark Y

Hình 2.3e.Thông số lưới của airfoil Clark Y
Thông số của chất lượng lưới trong 2 trường hợp đều thỏa mãn tương đối tốt theo 2
chỉ số đánh giá chất lượng lưới: Skewness và Orthogonal.
2.3.Chọn mô hình rối
Đối với bài toán này , chúng ta chọn mô hình rối k- epsilon. Đây là mô hình
rối phổ biến nhất được sử dụng rộng rãi trong các phần mềm thương mại CFD. Hơn
nữa, sau khi tính toán với nhiều mô hình rối khác, mô hình k-epsilon cho ta kết quả
hợp lý nhất. Đây là mô hình rối bao gồm 2 phương trình để diễn tả tính chất rối của
dòng. Có 2 biến thêm là k – động năng rối và epsilon – tổn thất rối.
Hai phương trình đối với mô hình Realisable k-epsilon :

(2.1) – (2.2)

9


CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

Trong đó:
(2.3)
Mô hình độ nhớt rối:
(2.4)
Trong đó:

(2.5)-(2.6)-(2.7)-(2.8)

(2.9)-(2.10)-(2.11)
Các hằng số được xác định bằng thực nghiệm:

2.4.Thiết lập trong phần mềm FLUENT
Trong module Fluent, chúng ta thiết lập các thông số như sau

Hình 2.4.Thiết lập trong Fluent
10


CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

2.5.Thiết lập điều kiện biên
Đối với điều kiện biên, chúng ta thiết lập bao gồm điều kiện vận tốc vào
trong 2 trường hợp 10 m/s và 150 m/s như hình 2.6a, điều kiện áp suất ra như trong
hình 2.6b.

Hình 2.5. Mô hình lưới với điều kiện biên
Kí hiệu:
-Đường xanh : inlet – vận tốc vào
-Đường đỏ: outlet – áp suất ra
Đặt điều kiện biên:

Hình 2.6. Điều kiện đầu vào và đầu ra
Đồ thị thể hiện quá trình hội tụ sau 268 bước trong trường hợp 2D

Hình 2.7.Đồ thị thể hiện kết quả hội tụ

11


CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

2.6.Kết quả mô phỏng
Do bản chất của hiện tượng hiệu ứng mặt đất chính là hiện tượng nén không
khí ở phía dưới bụng cánh. Vì vậy , để có thể giải thích được các thay đổi về khí
động của cánh khi bay sát đất, chúng ta sẽ bắt đầu phân tích từ phân bố áp suất dọc
theo chiều dài dây cung và chiều dài sải cánh.
2.6.1. Sự thay đổi áp suất dọc theo chiều dài dây cung và chiều dài sải cánh
2.6.1.1. Phân bố áp suất theo chiều dài dây cung
Dựa theo kết quả mô phỏng trong trường hợp cánh 2D ở góc tấn 5 độ, chúng ta vẽ
được đồ thị thể hiện phân bố áp suất trên mặt cánh dọc theo chiều dài dây cung
trong 2 trường hợp độ cao khác nhau là h/c =0.08 và h/c =1.
80
60

Bụng cánh

Áp suất ( Pa)

40
20
0
-20

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-40

Lưng cánh
-60
-80
độ dài tương đối của dây cung cánh

Đồ thị 2.1. Phân bố áp suất trên mặt cánh trong trường hợp cánh 2D
Dựa vào đồ thị 2.1 , chúng ta nhận thấy áp suất mặt trên(Lưng cánh ) trong 2
trường hợp thay đổi không nhiều, tuy nhiên áp suất mặt dưới có sự chênh lệch khá
lớn. Hiệu số áp suất giữa mặt trên và mặt dưới đối với độ cao h/c =0.08 là lớn hơn
nhiều so với độ cao h/c =1. Đây là điều lý giải cho sự tăng mạnh của lực nâng khi
hạ độ cao, đồng thời làm thay đổi momen chúc ngóc tác dụng lên cánh trong các độ
cao khác nhau. Vấn đề này sẽ được nghiên cứu kĩ trong phần sau. Ngoài ra, độ
chênh áp suất giữa đầu cánh và đuôi cánh cũng thể hiện sự giảm lực cản trong quá

trình giảm độ cao . Ở độ cao h/c =1, áp suất cao nhất nằm ở vị trí đầu cánh ( x/c =0),
tuy nhiên khi cánh ở độ cao h/c =0.08, áp suất cao nhất được dịch chuyển về phía
dưới bụng cánh. Điều này được thể hiện rõ ràng hơn trong phân bố vector vận tốc ở
đầu cánh trong 2 trường hợp độ cao khác nhau ( hình 2.8 ).

12


CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

Hình 2.8a. Vector vận tốc ở đầu cánh trong trường hợp h/c = 0.08

Hình 2.8b. Vector vận tốc ở đầu cánh trong trường hợp h/c =1
Dựa vào phân bố vector vận tốc ở vị trí đầu cánh, chúng ta nhận thấy khi ở độ cao
h/c =0.08, dòng có xu hướng đi từ dưới lên trên. Điều này làm áp suất giảm ở vị trí
đầu cánh, làm giảm lực cản. Ở độ cao h/c =1, chúng ta nhận thấy vận tốc nhỏ nhất ở
chính vị trí đầu cánh, tương ứng với áp suất cao nhất ở đây. Điều đó dẫn đến lực cản
lớn hơn so với h/c =0.08. Hay nói cách khác, hiệu ứng mặt đất đã di chuyển vị trí áp
suất lớn nhất từ vị trí mũi cánh xuống phía dưới bụng cánh khi hạ độ cao, qua đó
làm tăng lực nâng và giảm lực cản.
 Qua đồ thị cũng như hình ảnh phân bố vận tốc ở đầu cánh , chúng ta
nhận thấy rằng có thể sử dụng các thay đổi về phân bố áp suất như một
tiêu chuẩn để đánh giá được ảnh hưởng của hiệu ứng mặt đất tác dụng
lên cánh. Cánh bị ảnh hưởng mạnh của hiệu ứng mặt đất đồng nghĩa với
13


CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ

việc phân bố áp suất ở bụng cánh tăng mạnh, đồng thời vị trí áp suất cao

nhất càng bị dịch chuyển về phía bụng dưới của cánh.
2.6.1.2. Phân bố áp suất theo chiều dài sải cánh
Đối với trường hợp cánh 3D, các hiện tượng vật lý cũng hoàn toàn tương tự
như trong trường hợp cánh 2D. Tuy nhiên hệ số lực nâng giảm đáng kể. Ví dụ, ở vị
trí h/c =0.1, với góc tấn 5 độ, ở trường hợp 2D, Cl xấp xỉ 1. Trong khi đó, ở trường
hợp 3D, Cl chỉ bằng 0.6. Điều này có thể lý giải bằng việc thất thoát áp suất cao của
bụng cánh qua vị trí 2 đầu cánh. Đối với hiện tượng hiệu ứng mặt đất, lực nâng cao
tạo ra do áp suất cao phía dưới bụng cánh, do vậy sự thất thoát này làm giảm
nghiêm trọng lực nâng. Hình 2.9 về phân bố áp suất ở bụng cánh sẽ thể hiện rõ điều
này:

Hình 2.9a .Phân bố áp suất trên bụng cánh trong trường hợp h/c =0.05

Hình 2.9b. Phân bố áp suất trên bụng cánh trong trường hợp h/c = 0.85
14