Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

MỞ ĐẦU

Khi xem xét một vật chịu tác dụng của một dòng khí hay nước người ta thường xem
xét trực tiếp vật thể tại địa điểm đó. Bằng các thiết bị và máy móc người ta sẽ đo đạc
và tìm được các thông số khí động học của vật thể. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp
việc đo đạc thực tế rất khó khăn vì điều kiện của địa hình, thời tiết, tốc độ dòng khí,
dòng nước…Từ đó người ta xây dựng ra ống khí động để thí nghiệm trong điều kiện
phòng thí nghiệm, mô phỏng với thực tế. Tại xưởng thí nghiệm của khoa Cơ khí Giao
thông đã có một ống khí động như vậy. Tuy nhiên ống khí động còn tồn tại nhiều hạn
chế, cần được nâng cấp, cải tiến để có thể thí nghiệm và cho kết quả chính xác. Với
mục đích đó, nhóm chúng em thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Cải tiến, nâng cấp bộ thí
nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động”.
Với đề tài này, mục tiêu của nhóm là thiết kế, xây dựng được bộ thí nghiệm hoàn
chỉnh để tiến hành thí nghiệm trên ống khí động. Bộ thí nghiệm sẽ xác định được các
lực khí động như lực cản, lực nâng tác dụng lên vật thể và hiển thị kết quả bằng màn
hình LCD. Ống khí động sẽ có thể được dùng để thí nghiệm với các vật thể, mô hình
với nhiều hình dáng khác nhau, mô hình ô tô, cánh máy bay, tua bin gió…
Phương pháp của nhóm để thực hiện việc nghiên cứu với đề tài là thiết kế bộ mô
hình thí nghiệm điều khiển và hiển thị bằng điện tử, tiến hành thí nghiệm với các mô
hình, xác định các lực cản khí động và so sánh với các thông số thực tế. Nhóm cũng
đọc thêm các tài liệu nước ngoài phục vụ cho việc nghiên cứu của mình.
Cấu trúc đồ án tốt nghiệp gồm hai phần: Mô hình nâng cấp và thuyết minh. Mô hình
được chia làm hai phần: Bộ đế ru lô để mô phỏng mặt đường và chuyển động quay của
bánh xe, Bộ điều khiển góc nghiêng cánh máy bay. Thuyết minh cũng được xây dựng
từ hai phần của mô hình, tuy nhiên sẽ có thêm phần xây dựng các thí nghiệm để xác
định lực cản khí động.


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Chương 1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Trong hoạt động sống của mình, có nhiều lĩnh vực con người phải giải quyết bài
toán về các lực tác dụng lên vật ngập trong chất lỏng chuyển động. Từ việc xác định
lực cản gió tác dụng khi ô tô di chuyển để xác định tính năng động lực. Xác định lực
nâng tác dụng lên một biên dạng cánh trong quá trình thiết kế, chế tạo máy bay .v.v.
Việc đặt các thiết bị đo đạc lên một phương tiện đang di chuyển để đánh giá, khảo sát
các lực tác động lên bề mặt là rất khó khăn và nguy hiểm. Để giải quyết các bài toán
này con người cần phải có một công cụ để tạo ra nguồn gió và phải điều khiển được
nguồn gió này để phục vụ cho quá trình nghiên cứu, tính toán của mình.
Trong ống khí động là một thiết bị được sử dụng để tạo ra một dòng khí nhân tạo
chảy qua một vật thể đứng yên để xác định các lực khí động tác dụng lên vật thể và
phân bố áp suất trên bề mặt của vật thể này để mô phỏng các trường hợp thực tế. Ống
khí động đưa ra một giải pháp nhanh chóng, thuận tiện, kinh tế và chính xác trong hoạt
động nghiên cứu khí động học.
Vấn đề quan trọng nhất đối với ống khí động đó là khả năng tạo ra một trường dòng
chảy có vận tốc đều đi qua vật thể cần thí nghiệm, bảo đảm tính hiệu quả và chi phí
hoạt động cần thiết. Trong đồ án này, nhóm chúng em đã thiết kế, xây dựng các mô
hình cải tiến trên nền ống khí động đã có sẵn để phục vụ tốt hơn và chính xác hơn cho
việc nghiên cứu khí động học và thực hiện một số thí nghiệm trực tiếp trên ống khí
động này để xác định được lực cản khí động và phân bố áp suất lên bề mặt vật thể.
Ống khí động được dùng để thí nghiệm có tiết diện buồng đo là hình vuông với
chiều dài mỗi cạnh là 36,4 cm và chiều dài của buồng đo là 72 cm. Chiều dài tổng thể
của ống khí động là 3,7 m. Vận tốc gió lớn nhất đi qua buồng đo là 25 m/s. Trong đề
tài này, nhóm chúng em đưa ra các giải pháp và nâng cấp ống khí động đã có theo
hướng tự động hóa. Bên cạnh đó chúng em cũng thực hiện các thí nghiệm trên ống khí
động bằng những bộ nâng cấp.

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Chương 2. TỔNG QUAN VỀ ỐNG KHÍ ĐỘNG

Thông tin thực nghiệm phục vụ cho việc giải quyết các vấn đề khí động học và thủy
động lực học có thể đạt được bằng nhiều cách từ thí nghiệm bay, kiểm tra thả, xe tên
lửa; đường hầm nước, cánh tay xoắn, ống sốc, bàn nước, mô hình bay, kiểm tra đường
bộ, dãy đạn đạo; và còn rất nhiều các phương pháp khác dẫn đến một danh sách gần
như vô tận. Mỗi cách thức, thiết bị có tính năng ưu việt riêng và không một thiết bị nào
có thể được gọi là "tốt nhất". Ống khí động được thiết kế và sử dụng như một phương
pháp hữu hiệu để thực hiện các thí nghiệm về khí động học. Việc sử dụng ống khí
động tiết kiệm cả chi phí và công sức chế tạo cũng như việc thí nghiệm cũng trở nên
dễ dàng hơn. Các quốc gia và các ngành công nghiệp của thế giới hỗ trợ nghiên cứu
khí động học, trong đó thí nghiệm với các đường hầm gió hay ống khí động là một
mục tiêu chính, theo nhu cầu, khả năng và mong muốn của họ. Ở nhiều quốc gia, có
một tổ chức nghiên cứu quốc gia riêng biệt nhằm gia tăng các hoạt động của các dịch
vụ hỗ trợ cho việc nghiên cứu này. Có rất nhiều nghiên cứu và phát triển khí động học
được thực hiện bởi các tập đoàn vì mục đích dân dụng trong việc phát triển máy bay, ô
tô, phương tiện đường biển và các cấu trúc kiến trúc. Điển hình là đại diện bởi các
thành viên của Hiệp hội Thử nghiệm Khí động học cận âm Subsonic (SATA).
Ống khí động ra đời cách đây gần 100 năm, nhưng tới bây giờ vẫn là công cụ rất
hữu ích cho các nhà nghiên cứu khí động. Mặc dù trong thế giới ngày nay đã có rất
nhiều phương pháp thay thế để nghiên cứu các đặc tính của dòng khí tác động lên các
vật thể bay như các phương pháp mô phỏng số sử dụng máy vi tính, nhưng vẫn chưa
thể loại bỏ hoàn toàn tác dụng của ống khí động. Thông thường trong những công
đoạn cuối nghiên cứu khí động vật thể bay vẫn được kiểm tra lại bằng việc làm thí
nghiệm trong ống khí động. Cơ cấu của ống thổi khí rất chi là đơn giản, bao gồm một
ống tạo luồng, bên trong lắp đặt hệ thống cánh quạt gió, và bên ngoài thì đặt các thiết
bị cân đong đo đếm mà người ta gọi là Cân khí động. Hiện đại hơn nữa thì có thêm các
hệ thống Cân điện tử sử dụng các cảm biến điện trở, các tín hiệu từ cảm biến được

chuyển tới các máy vi tính để chế biến thành các đồ thị phụ thuộc lực khí động, mô
men, … vào các trạng thái đặt vật thí nghiệm. Như vậy là tiện hơn rất nhiều so với
trước đây khi phải dùng bút để ghi ghi chép chép các thông số hiển thị trên các đồng
hồ đo, hoặc trên các vạch cân rồi thống kê lại mà vẽ đồ thị.
Tùy thuộc vào chức năng, kiểu dáng của mình mà ống khí động được chia thành các
loại: ống dưới âm, cận âm, siêu thanh, ống khép kín, ống hở, ống tạo luồng ổn định,
không ổn định, ống có thể thay đổi mật độ không khí, ống thì không.


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Hình 2.1. Mô hình máy bay X-48 đang được thí nghiệm trong ống khí động, trung
tâm nghiên cứu Langley NASA, Hampton, Virginia, Hoa Kỳ
Không chỉ có mục đích là “thổi” các vật thể bay mà ống khí động còn giúp con
người “thổi” bất kỳ vật gì chịu tác động các lực đáng kể sinh ra bởi không khí. Sự
cạnh tranh giữa các nhà chế tạo xe đua ngày nay cũng rất khốc liệt, để nhích xa và
nhanh hơn đối thủ một chút xíu thôi cũng là vấn đề cần công nghệ hóa, các ô tô đua
chạy với tốc độ lớn thường chịu ảnh hưởng lớn bởi các lực khí động, mà quan trọng
nhất là lực cản, con người đã chứng minh rằng lực cản rất có ích cho cuộc sống, nhưng
chỉ cần giảm đi một vài phần trăm lực cản thì cũng đã cho ra đời một dòng sản phẩm
mới, tiết kiệm nhiên liệu một cách đáng kể và tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm.
Cho nên ta cũng không cần ngạc nhiên khi các xưởng chế tạo thay phiên nhau đưa
những chiếc xe đua của mình vào ống thổi để tìm cách tối ưu hóa kiểu dáng khí động.

Hình 2.2. Mô hình xe đua Pagani Zonda F đang được thí nghiệm trong ống khí động.
Hiện đại hơn người ta còn đưa cả một thành phố, một khu đô thị vào ống thổi. Giờ
đây có ống khí động ta sẽ biết được các luồng gió di chuyển thế nào giữa các tòa nhà,
không khí trong lành giúp tốt cho sức khỏe con người. Không chỉ dừng lại ở đó, việc
đưa các tòa nhà cao tầng vào ống thổi khí ta có thể kiểm tra được tòa nhà đó chịu đựng

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

được những cơn bão cấp mấy, làm tiền đề cho các nhà cấu trúc nghiên cứu cấu trúc tòa
nhà.

Hình 2.3. Mô hình trường Đại học kiến trúc TP HCM ứng dụng khí động học sẽ
được xây dựng tại quận 9
Không chỉ được áp dụng cho thủy khí, kiến trúc, xây dựng, ống khí động còn có thể
được áp dụng cho thể thao. Có lẽ sẽ có người hỏi thêm rằng, làm sao mà những vận
động viên nhảy dù họ có thể làm được các động tác nhào lộn, bay lượn như chim trên
bầu trời, rồi họ lại ghép thành vòng đẹp tròn đẹp mắt, việc đó làm rất là khó thế mà họ
làm được, họ đã tập luyện rất công phu mới biểu diễn được như vậy. Nơi họ luyện tập
là một ống khí động cỡ lớn, các cánh quạt tạo gió tạo ra luồng gió thổi lên phía trên.

Hình 2.4. Các vận động viên đang tập luyện với ống khí động
2.1. Các loại ống khí động chính
Như đã giải thích ở trên, ống khí động hay hầm gió được mô tả như một mô hình,
thiết bị mô phỏng lại diễn biến của dòng khí hay chất lỏng theo điều kiện gần giống
nhất với điều kiện thực tế. Các mô hình, vật mẫu sẽ được đặt vào một khu vực gọi là
buồng đo, thông thường buồng đo được làm trong suốt để có thể quan sát được dòng
khí đi qua vật thể thí nghiệm.


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Có nhiều loại ống khí động khác nhau với các trang bị để thí nghiệm cũng khác
nhau. Tuy nhiên một hầm gió cơ bản cần có những phần và trang bị như buồng nắn
dòng, buồng hút, buồng đo, ống khuếch tán và quạt gió. Các hầm gió lớn và hiện đại
còn được trang bị thêm các cảm biến, phiến hướng dòng, khu vực điều khiển, camera

ghi hình…

Hình 2.5. Mô hình ống khí động cơ bản
Ống khí động nhìn chung được phân loại theo tốc độ dòng khí trong buồng đo hay
phân loại theo hướng chuyển động của dòng khí. Có hai loại ống khí động chính và hai
cấu hình thử nghiệm cơ bản. Tuy nhiên, có rất nhiều các biến thể về đặc trưng cụ thể
của các ống khí động khác nhau. Hai loại cơ bản là ống khí động kín và ống khí động
hở. Không khí chảy qua một ống khí động mạch hở đi theo một con đường thẳng từ lối
vào qua buồng nắn dòng tới buồng đo tiếp theo là ống khuếch tán, phần quạt và đầu ra
của dòng không khí. Ống khí động có thể có buồng đo không có phần bao rắn (dòng
khí hở hoặc loại Eiffel) hoặc phần bao rắn (dòng khí kín hoặc kiểu National Physical
Laboratory (NPL)). Hình 2.6 cho thấy sơ đồ của một ống khí động loại hở với một
dòng khí kín.

Hình 2.6. Sơ đồ khu vực thí thí nghiệm với ống khí động loại hở, Diamler-Benz
Aerospace Airbus, Bremen, Đức
Không khí trong một ống khí động kín, kiểu Prandtl hoặc kiểu Gottingen, tuần hoàn
liên tục không hoặc ít có sự trao đổi với không khí bên ngoài. Một ví dụ của một ống


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

khí động mạch kín được thể hiện trong hình 2.7. Đại đa số các ống khí động mạch kín
có một đường không khí trở lại duy nhất, tuy nhiên các biến thể đã cho ra ống khí
động với nhiều đường quay lại. Ống khí động loại kín có thể có phần kiểm tra đóng
hoặc mở, và một số đã được xây dựng mà có thể chạy bằng phần thử nghiệm mở hoặc
đóng, nếu cần cho một chương trình thử nghiệm cụ thể. Như với bất kỳ thiết kế kỹ
thuật nào, có ưu điểm và nhược điểm với cả ống khí động hở và ống khí động kín. Nói
chung, loại ống khí động được quyết định dựa trên chi phí sẵn có và mục đích thí
nghiệm.

Hình 2.7. Hầm gió loại kín, Defense Establishment Research Agency @ERA,
Bedford, Anh
- Ống khí động loại hở
+ Ưu điểm
1. Giá thành xây dựng rẻ.
2. Không phát sinh vấn đề về làm sạch nếu cần thí nghiệm với động cơ đốt trong
hay thí nghiệm với dòng khói để quan sát bởi vì cả đầu vào và đầu ra của dòng khí đều
mở ra với không khí bên ngoài
+ Nhược điểm
1. Nếu đặt trong một căn phòng, tùy thuộc vào tỷ lệ của ống khí động và căn phòng,
sẽ cần có một màng che để lọc không khí trước khi vào ống.
2. Với một kích thước và tốc độ, ống khí động sẽ cần nhiều năng lượng hơn để vận
hành, đặc biệt là trong các thí nghiệm nâng cao.


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

3. Nhìn chung, ống khí động loại hở thường ồn khi làm việc, cần có các biện pháp
cách âm hoặc khử rung.
Vì giá thành ban đầu để xây dựng không cao, ống khí động loại hở thường được
dùng cho các trường đại học nơi mà các thí nghiệm chỉ phục vụ cho các môn học, học
phần và việc nghiên cứu nâng cao là chưa cần thiết.
- Ống khí động loại kín
+ Ưu điểm
1. Thông qua phiến dẫn dòng và các tấm chắn, chất lượng dòng không khí được
kiểm soát. Phần quan trọng nhất phụ thuộc vào các hoạt động thí nghiệm và ảnh hưởng
của điều kiện thời tiết.
2. Cần ít năng lượng hơn đối với một buồng đo và vận tốc gió cụ thể. Điều này rất
quan trọng trong các thí nghiệm dài ngày (hai hoặc ba lần một ngày, năm đến sáu ngày

một tuần)
3. Làm việc êm, ít gây ra tiếng ồn
+ Nhược điểm
1. Giá thành cao hơn rất nhiều do giá của ống tuần hoàn và phiến dẫn dòng.
2. Bị ảnh hưởng bởi điều kiện làm sạch nếu thí nghiệm với động cơ đốt trong hay
dòng khói để quan sát.
3. Nếu phải thí nghiệm dài ngày, ống khí động cần phải có bộ trao đổi không khí
hoặc các phương pháp khác để làm mát.
Bên cạnh đó còn có các loại ống khí động như:
- Ống khí động dưới âm và cận âm. (dòng khí chuyển động với tốc độ…)
- Ống khí động siêu âm.
- Ống khí động thẳng đứng
- Ống khí động cho hàng không, gồm có:
+ Ống khí động với chỉ số Reynolds cao: ở loại này người ta dùng các cách để
tăng số Reynolds như tăng áp suất dòng khí, sử dụng khí nặng như Freon hay R-134a,
làm lạnh dòng khí, tăng độ chân không để mô phỏng không khí ở độ cao lớn.
+ Ống khí động V/STOL: có kích thước lớn nhưng tốc độ dòng khí chỉ cần nhỏ.
+ Ống khí động quay: máy bay có xu hướng quay khi đứng yên trên không. Ống
khí động này dùng để mô phỏng hiện tượng đó.
- Ống khí động cho ô tô, gồm có:
+ Ống khí động mô phỏng dòng chảy ngoài.
+ Ống khí động mô phỏng thời tiết: ống khí động này dùng để đánh giá hoạt
động của hệ thống cửa, hệ thống phanh…dưới các điều kiện thời tiết khác nhau. Hầu
hết các nhà sản xuất ô tô lớn có hệ thống ống khí động kiểu này.


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

- Ống khí động dùng để đo tiếng ồn của dòng chảy.
2.2. Các cách đo đạc

Tốc độ dòng khí và áp suất được đo bằng nhiều cách khác nhau trong ống khí động.
Vận tốc dòng khí qua buồng đo được xác định bằng phương pháp Bernoulli. Hướng đi
của dòng khí xung quanh vật thể có thể xác định bằng cách đặt một búi chỉ lên bề mặt
khí động. Để quan sát dòng chảy này có thể dùng một mũi nhỏ và đẩy khói hoặc bong
bóng khí qua mũi vào dòng chất lưu.
Các lực khí động tác dụng lên mô hình thường được đo bằng cảm biến đo lực, cảm
biến kết nối với mô hình thông qua thanh hoặc dây. Sự phân bố áp suất qua mô hình
thí nghiệm thường được đo bằng cách khoan nhiều lỗ nhỏ dọc theo chiều chuyển động
của dòng chất lưu sau đó dùng hệ thống ống nước để đo áp suất ở các lỗ. Tuy nhiên
ngày nay người ta đã có phương pháp Sơn chịu áp, ở phương pháp này người ta sơn
một lớp sơn đặc biệt lên bề mặt cần đo, áp suất tại điểm đo càng cao, chất huỳnh
quang trền bề mặt càng tối. Một phương pháp khác để đo sự phân bố áp suất là dùng
một dãy các các cảm biến, kết nối với nhau thành một dây đai. Dây này sau đó được
gắn vào bề mặt cần đo và gửi tín hiệu để hiển thị sự phân bố.
Các đặc trưng khí động học của mô hình thực tế và mô hình thí nghiệm có thể hoàn
toàn khác nhau. Tuy nhiên chúng ta có thể xem xét các quy luật tương đồng để đánh
giá sự khác biệt của các đặc trưng khí động học này.
2.3. Các thông số quan trọng cho sự tương đồng
Tiến hành thí nghiệm với mô hình vật thể là hoạt động chủ yếu của hầu hết các ống
khí động. Tuy nhiên vì mô hình vật thể đã được thu nhỏ theo một tỷ lệ nào đó nên
chúng ta cần xem xét sự ảnh hưởng của sự thu nhỏ này và các thông số quan trọng liên
quan. Với mục đích đó, cần xem xét các hệ số vô hướng xuất hiện trong các phương
trình thủy khí. Các hệ số này được chọn tùy theo mục đích của bài thí nghiệm, tuy
nhiên hầu hết chúng ta cần xem xét các hệ số và yếu tố sau:
- Sự tương đồng kích thước: tất cả các kích thước của mô hình thí nghiệm phải
tương đồng và là bản thu nhỏ theo một tỷ lệ nào đó của mô hình thật.
- Số Mach: tỷ số giữa tốc độ dòng khí so với tốc độ âm thanh của mô hình thí
nghiệm và mô hình thật phải giống nhau (có cùng số Mach giữa hai mô hình không
nhất thiết là sẽ có cùng tốc độ dòng khí).
- Số Reynolds: tỷ số giữa lực quán tính và độ nhớt. Tỷ số này khó để thỏa mãn với

mô hình thí nghiệm và điều này dẫn đến một sự cải tiến trong ống khí động để có thể
thay đổi độ nhớt của dòng chảy, bù cho sự tỷ lệ của mô hình.
- Số Froude: tỷ số giữa lực quán tính dòng chảy và ngoại lực (trong nhiều trường
hợp ngoại lực này do trọng lực sinh ra)


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Khi một vật thể di chuyển trong chất lỏng, các lực tác dụng tăng dần vì độ nhớt của
chất lỏng, tính đàn hồi, quán tính và trọng lực. Các lực này được thể hiện trực tiếp qua
các thuật ngữ khác nhau trong phương trình Navier-Stokes

 ∂v

ρ  + v.∇v ÷ = −∇p + ∇.Τ + f
 ∂t


(2.1)

Lực quán tính, tương ứng với vế trái của phương trình Navier-Stokes, đặc trưng cho
khối lượng không khí bị ảnh hưởng và gia tốc cho khối lượng không khí đó. Do đó,
một lượng lớn không khí bị ảnh hưởng bởi vật thể chuyển động, chúng ta có thể nói
rằng lực quán tính là kết quả của việc gia tốc cho một khối lượng không khí. Đặt khối
lượng không khí này là kl3, trong đó l là chiều dài của vật thể và k là hằng số cho dạng
của vật thể. Từ đó chúng ta có thể viết:

ρ.l3 .V
Lực quán tính =
(2.2)

t
Trong đó ρ là khối lượng riêng không khí, V là vận tốc vật thể, t là thời gian. Thay thế
t bằng l/V ta có:
ρ.l3 .V
= ρl 2 V 2
Lực quán tính =
l/V
Độ nhớt, theo định nghĩa, có thể được viết là:
Độ nhớt = µ.l.V

(2.3)

(2.4)

Trong đó μ là hệ số nhớt (kg/m.s)
Trọng lực đặc trưng cho khối lượng của vật thể, hay đặc trưng cho hình khối theo
chiều dài. Trọng lực có thể được viết:
Trọng lực = p.l3.g
(2.5)
Lực đàn hồi có thể viết đơn giản là:
Lực đàn hồi = p.l2
(2.6)
2
Vận tốc âm thanh a liên hệ với áp suất và khối lượng riêng theo công thức a =

Từ đó ta có: Lực đàn hồi = ρa2l2
Từ tất cả các lực ở trên ta có các hệ số:

(2.7)

ρ
Hệ số Reynolds = Lực quán tính/Độ nhớt = Vl
µ
Số Mach = Lực quán tính/Lực đàn hồi =
Số Froude = (Lực quán tính/Trọng lực)

V
a

1/2

=

(2.8)
(2.9)

V2
lg

(2.10)

p
.
ρ


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Phương trình cuối cùng có một căn bậc 2. Trong thí nghiệm ống khí động, số
Froude là một tham số quan trọng cho tính tương đồng và chỉ được dùng cho các thí

nghiệm động lực trong đó mô hình di chuyển và có tác dụng của lực khí động. Trong
các thí nghiệm mà mô hình đứng yên trong khi thu thập số liệu, hệ số Reynolds và số
Mach là tham số tương đồng quan trọng. Nếu thí nghiệm ở mô hình có cùng hệ số
Reynolds và số Mach như mô hình thực tế thì khi đó cả hai giống nhau về mặt khí
động học. Các phương trình vô hướng cho các thành phần vận tốc của chất lỏng, hệ số
áp suất, khối lượng riêng, độ nhớt và nhiệt độ sẽ như nhau đối với mô hình thí nghiệm
và mô hình thực tế. Do đó lực và các hệ số mô men của dòng chảy cũng sẽ như nhau.
Với các điều kiện này, các lực lấy từ mô hình thí nghiệm quan hệ trực tiếp với các

1
ρ∞ V∞2l 2 .
2
Mô men lấy từ mô hình thí nghiệm quan hệ trực tiếp với các lực trên mô hình thực tế
lực trên mô hình thực tế bằng cách nhân thêm với các hệ số lực một lượng

1
ρ∞ V∞2l3 . Trong thực tế khó có
2
thể kết hợp cả hệ số Reynolds và số Mach vào mô hình thực tế trong một thí nghiệm
với mô hình nhỏ. Vì vậy cần lựa chọn một thông số quan trọng nhất. Việc kết hợp số
Mach thường được áp dụng cho các phương tiện bay vì với các phương tiện bay với
tốc độ cao số Mach được xem là thông số quan trọng nhất. Và ngược lại với các
phương tiện bay ở tốc độ thấp. Rất nhiều thí nghiệm với ống khí động tỏ ra nhạy cảm
và bị ảnh hưởng bởi hệ số Reynolds. Mặc dù việc kết hợp là khó khăn nhưng ống khí
động vẫn là một trong những công cụ hữu hiệu nhất cho các thí nghiệm về khí động
học.
Thực tế, từ quan hệ giữa mô hình thí nghiệm và mô hình thực tế, lực tác động trên
một bề mặt thực tế, là một hàm theo hệ số Reynolds, không đổi nếu dòng chảy, nhiệt
độ của nó và áp suất dòng tự do là không đổi. Điều này có thể được thấy qua một
thành phần lực. Ví dụ lực cản, ta có:

bằng cách nhân thêm với các hệ số mô men một lượng

1
1 ρ∞2 V∞2l 2 µ ∞2
2
D = ρ∞ V∞ lCd (Re) =
. 2 C d (Re)
2
2 µ ∞2
ρ∞

(2.11)

1 2 µ ∞2
µ 2 RT
Re 2 Cd (Re) = ∞ 2 ∞ Re 2 Cd (Re)
2
ρ∞
2ρ∞

(2.12)

Hay

D=

Điều này cho thấy lực cản đối với một bề mặt nhất định với chiều dài khoảng 3m
và di chuyển với tốc độ 30 km/h bằng lực cản với cũng bề mặt đó với chiều dài 0,3m

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

di chuyển với tốc độ 300 km/h, nếu nhiệt độ chất lưu và áp suất không đổi. Hay lực
cản trên một mô hình xe tải bằng 1/8 mô hình thật ở tốc độ 300 km/h sẽ như lực cản
với mô hình thật ở tốc độ 37 km/h.
2.4. Ống khí động và các dụng cụ được sử dụng trên ống khí động
2.4.1. Cấu tạo của ống khí động thí nghiệm
Ống khí động thí nghiệm là loại hầm hở, buồng đo kín và bao gồm các thành phần
cơ bản sau:
1
2
3

4

5

Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo ống khí động thí nghiệm
1. Buồng nắn dòng 2. Buồng hút. 3. Buồng đo 4. Ống khuếch tán 5. Quạt gió
- Buồng nắn dòng
Đây là khu vực đầu tiên không khí đi qua ống khí động. Buồng nắn dòng có tác
dụng loại bỏ ảnh hưởng của các luồng gió bên ngoài,nắn thẳng dòng khí đi qua ống
khí động để làm giảm các nhiễu động đan xen nhau của dòng khí tốc độ cao. Các
nhiễu động này làm giảm sự chính xác khi mô phỏng dòng chảy qua vật thể khi qua
buồng đo.
- Buồng hút
Khu vực thứ hai dòng khí đi qua ống khí động là buồng hút. Buồng hút có nhiệm vụ
hút một lưu lượng lớn không khí với vận tốc thấp bên ngoài và tăng tốc độ dòng khí
lên cao và hướng nó vào buồng đo.

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

- Buồng đo
Sau khi đi qua buồng nắn dòng và buồng hút, dòng khí đã được nắn thẳng, đồng
dạng và có vận tốc mong muốn sẽ đi vào buồng đo, nơi đặt mô hình thí nghiệm và
thiết bị mô phỏng dòng chảy. Các cảm biến lực để xác định lực cản, lực nâng khí động
sẽ được gắn vào mô hình để xác định các ảnh hưởng dòng khí tác động lên nó.
- Ống khuếch tán
Sau khi ra khỏi buồng đo, dòng khí sẽ đi qua ống khuếch tán. Nhiệm vụ của ống
khuếch tán là giảm tốc độ của dòng khí trước khi đi vào quạt gió để thoát ra ngoài
hoặc tuần hoàn trở lại.
- Quạt gió
Là quạt hướng trục, có công suất 2,2 kW. Quạt gió có nhiệm vụ cung cấp năng
lượng cho dòng khí để đi qua ống khí động để đạt được tốc độ lớn nhất tại buồng đo là
>25 m/s.
Biến tần Schneider Altivar 312
Nhiệm vụ của biến tần
Vì quạt gió của ống khí động được sử dụng được dẫn động bởi động cơ điện ba pha
không đồng bộ. Do đó, biến tần được sử dụng để thay đổi tốc độ động cơ, từ đó thay
đổi vận tốc gió đi qua ống khí động. đây là một thiết bị không thể thiếu đối với ống
khí động vì một trong những yêu cầu đối với ống khí động là điều khiển được vận tốc
dòng không khí đi qua vật thể thí nghiệm.

Hình 2.9. Biến tần Schneider Altivar 312
Nguyên lý hoạt động của biến tần
Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều
bằng phẳng. Sau đó, điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp
xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này được thực hiện thông qua hệ IGBT
(transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

(PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số
chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ
và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Hình 2.10. Sơ đồ khối hoạt động của biến tần
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số
tuỳ theo bộ điều khiển nghịch lưu. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất
cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện
đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của biến tần Schneider Altivar 312
Thông số
Điện áp.

Đầu vào.
380-500 V

Đầu ra.
380-500 V

Số pha.

3

3

Tần số.

Dòng điện tối đa.

50 Hz
8,9 A

0,5 – 500 Hz
5,5 A

Nhiệt độ hoạt động tối đa

750C.

Máy đo vận tốc gió PCE TA-30
Nhiệm vụ của máy đo vận tốc gió
Trên ống khí động được thiết kế và xây dựng, máy đo vận tốc gió có nhiệm vụ đo
vận tốc gió đi qua buồng đo và xác định phân bố của trường vận tốc trên trên tiết diện
của buồng đo. Từ đây tạo nên cơ sở để xác định được các lực khí động tác dụng lên
vật thể.

Hình 2.11. Máy đo vận tốc gió


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Nguyên lý hoạt động của máy đo vận tốc gió
Cảm biến đo vận tốc gió được sử dụng cho ống khí động là loại đo kiểu cánh quạt.
Làm việc dựa trên nguyên lý hoạt động của loại tuốc bin phản lực loại hướng trục.
Đầu dò cảm biến được đặt vuông góc với dòng chảy không khí. Khi dòng chảy này
chảy qua các cánh gió của thiết bị, lực khí động sẽ tác động lên các gió và tạo ra một
momen quay M làm quay trục của nó. Vì tuabin phản lực cũng thuộc loại máy thủy

lực cánh dẫn nên phương trình cơ bản của tuabin phản lực cũng được suy ra từ
phương trình cơ bản của máy thủy lực cánh dẫn
M = ρQ1 (c1 cos α1R 1 − c 2 cos α2 R 2 )
(2.13)

N = Mω

(2.14)

Trong đó:
- M [Nm]: Mô men quay của tuốc bin.
- ρ [kg/m3]: khối lượng riêng của không khí.
- Q1 [m3/s]: Lưu lượng không khí chảy qua các cánh gió của thiết bị.
- R1, R2 [m]: Đường kính trong và đường kính ngoài của prôfin cánh.
- N [W]: Công suất tạo ra của tuabin do tác dụng của dòng khí chảy qua.
- ω [rad/s]: Vận tốc góc của trục tuốc bin.
Công suất N của tuốc bin tạo ra sẽ được dùng để khắc phục cản lực cản của tuốc bin
và làm tuốc bin quay với vận tốc góc ω. Các lực cản của tuốc bin phụ thuộc vào kết
cấu hình học và thông số kỹ thuật của nó. Giá trị lực cản này sẽ ảnh hưởng đến độ
nhạy và tính chính xác của thiết bị đo và đây là các thông số chuẩn của nhà sản xuất
thiết bị.

ω=

π.n
30ω
⇒n=
30
π

(2.15)

Trong đó n là số vòng quay của trục tuốc bin.
Dùng thiết bị đo số vòng quay n thiết bị sẽ xác định được vận tốc góc ω của trục
tuốc bin. Qua đó thiết bị xác định được lưu lượng gió Q 1 chảy qua tuốc bin. Cuối cùng
thiết bị sẽ xác định được vận tốc gió V∞ nhờ công thức:

Q1 = V∞ .π(R 22 − R 12 ) ⇒ V∞ =

Q1
π(R − R12 )
2
2

(2.16)

Như vậy thiết bị đo gió sẽ xác định được vận tốc gió nhờ xác định được số vòng
quay trên trục của một tuabin đã biết được biên dạng hình học và thông số kỹ thuật.
Đây là nguyên lý làm việc của thiết bị đo gió kiểu cánh quạt.


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của máy đo vận tốc gió PCE TA-30
Thông số
Khoảng đo vận tốc

Điện áp cung cấp [V]
Nhiệt độ hoạt động [0C] tại [<95% H.r]

Giá trị.
1 ÷ 30 m/s
3,6 ÷ 108 km/h
0,01 m/s
0,1 km/h
9
0 ÷ 40

Khối lượng [g].

297

Độ phân giải vận tốc.

Cảm biến đo lực CAS BCA-50L
Nhiệm vụ của cảm biến đo lực
Nhiệm vụ của cảm biến đo lực là để đo lực khí động do dòng chảy không khí tác
dụng lên vật thể thí nghiệm. Trên ống khí động được thiết kế, lực khí động được xác
định là lực cản chính diện. Được tạo thành do lực cản ma sát và lực cản hình dạng.
Lực cản chính diện có phương song song với dòng chảy, có chiều ngược với chiều của
dòng chảy.

Hình 2.12. Cảm biến đo lực CAS BCA-50L
Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo lực
Cảm biến đo lực được sử dụng trên ống khí động thiết kế là loại cảm biến màng
điện trở. Đây là loại cảm biến lực hiện đại nhất với độ chính xác và ổn định rất cao.
Trên màng điện trở của cảm biến được dán 4 miếng điện trở biến dạng. Điện trở biến
dạng là loại linh kiện điện tử mà điện trở của nó sẽ thay đổi khi bị biến dạng do ngoại
lực bên ngoài tác động vào. Nó lợi dụng tính chất vật lý là điện trở của vật dẫn thay
đổi theo chiều dài và đường kính của vật dẫn:

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

R =ρ

l
S

(2.17)

Trong đó:
- R [Ω]: Điện trở của dây dẫn.
- ρ: Điện trở xuất của dây dẫn.
- l [m]: Chiều dài dây dẫn.
- S [m2]: Tiết diện dây dẫn.
Khi điện trở biến dạng bị căng ra trong giới hạn đàn hồi của nó, nó trở nên hẹp hơn
và dài hơn (tăng l và giảm S), giá trị điện trở của nó tăng lên. Ngược lại, khi điện trở
biến dạng bị nén lại, nó sẽ rộng ra và thu ngắn lại (tăng S và giảm l), điều này làm
giảm giá trị điện trở của nó. Hoạt động của điện trở biến dạng được minh họa ở hình
dưới:

Hình 2.13. Hoạt động của màng điện trở biến dạng
- A: Trạng thái nghỉ của màng điện trở.
- B: Khi màng điện trở bị kéo, điện trở nó tăng lên.
- C: Khi màng điện trở bị nén, điện trở nó giảm xuống.
Ở hình 2.13 ta thấy, trên màng điện trở sẽ được dán 4 miếng điện trở biến dạng
thẳng hàng với nhau. Với cách sắp xếp như vậy thì khi có lực tác dụng lên cảm biến sẽ
có 2 điện trở chịu kéo (điện trở tăng lên) là Rb, Rcvà 2 điện trở chịu nén (điện trở giảm

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

xuống) là Ra và Rd. 4 điện trở được mắc theo mạch cầu Wheastone. Ở trạng thái tĩnh
không có lực tác dụng, các điện trở biến dạng ở trạng thái nghỉ, giá trị điện trở tĩnh của
chúng giữ cho mạch cầu Wheastone cân bằng. Điện áp ra Vout = 0V.
Khi có lực tác dụng lên màng, nó làm màng bị biến dạng, các điện trở bị biến dạng
theo làm cho điện trở của chúng thay đổi. Điều này làm mất cân bằng trên mạch cầu
Wheastone, sự mất cân bằng của mạch cầu tạo nên một giá trị điện áp ra Vout > 0
được xác định bằng công thức:

 Rb
Rd
Vout = 
−
 Ra + Rb Rc + Rd


÷Vcc


(2.18)

Như vậy, bằng việc xác định được điện áp ra Vout ta sẽ xác định được lực tác dụng
lên cảm biến. Mạch điều khiển thu nhận tín hiệu điện áp V out này, so sánh với bảng giá
trị chuẩn và xuất tín hiệu ra là giá trị lực tác dụng lên cảm biến.
Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật của cảm biến đo lực CAS BCA-50L
Thông số.

Giá trị.

Tải trọng tối đa [kG].

5

Điện áp ngưỡng ra tối đa [2mV].

2

Nhiệt độ hoạt động [0C].

-20 ÷ +70

Độ phân giải.

<1/3000

Khoảng chia [mV].

0,00067

Điện áp kích thích [V].

10

Điện trở ngõ vào [Ω].

400±20

Điện trở ngõ ra [Ω].

350±3,5

Cảm biến đo áp suất không khí MPXHZ6400A
Cảm biến MPXHZ6400A là cảm biến tích hợp on-chip, mạch Op-Amp lưỡng cực
và mạng điện trở màng mỏng để cung cấp tín hiệu đầu ra cao và có thể bù nhiệt. Các
yếu tố như hình thức nhỏ và độ tin cậy cao của tích hợp on-chip làm cho cảm biến áp
suất một sự lựa chọn hợp lý và có tính kinh tế cho các nhà thiết kế hệ thống.
Cảm biến MPXHZ6400A là một trong những cảm biến áp suất silicon tiên tiến
nhất, nguyên khối với tín hiệu điều hòa. Bộ cảm biến này kết hợp các kỹ thuật cắt
micromét tiên tiến, mạ kẽm màng mỏng và chế biến bán dẫn lưỡng cực để cung cấp tín
hiệu đầu ra analog chính xác cao, tỉ lệ với áp suất áp dụng.


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Hình 2.14. Sơ đồ khối mạch nội bộ được tích hợp trên một chip cảm biến áp suất
Tính năng, đặc điểm hoạt động
• Cải thiện độ chính xác ở nhiệt độ cao.
• Có các cỡ nhỏ và siêu nhỏ.
• Sai số tối đa 1.5% trong khoảng từ 0 ºC đến 85ºC.
• Lý tưởng cho các vi xử lý hoặc các hệ thống dựa trên vi điều khiển.
• Nhiệt độ bù từ -40°C đến + 125 °C.
• Bao bì bề mặt bền bỉ (PPS).
Bảng 2.4. Tính năng hoạt động cảm biến MPXHZ6400A
Tiêu chuẩn

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Áp suất tối đa

PMAX

1600

kPa

Nhiệt độ bảo quản

TSTG

–40° to +125°

°C

Nhiệt độ hoạt động

TA

–40° to +125°

°C

Dòng ra tối đa
Dòng bù tối thiểu

Io+
Io–

0.5
–0.5

mAdc
mAdc

Bảng 2.5. Đặc tính hoạt động (VS = 5.0 Vdc, TA = 25°C, khoảng nhiệt độ hoạt động
0oC-85oC)
Đặc tính
Khoảng áp suất
Nguồn cấp (1)
Dòng điện cấp

Ký hiệu
POP
VS
Io

Min
20
4.64
—

Typ
—
5.0
6.0

Max
400
5.36
10

Đơn vị
kPa
Vdc
mAdc


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Điện áp bù áp suất tối thiểu
@ VS = 5.0 Volts (2)

Voff

0.133

0.2

0.267

Điện áp ra tối đa
@ VS = 5.0 Volts (3)

VFSO

4.733

4.8

4.866

Độ chính xác (4)
Độ nhạy
Thời gian phản hồi (6)
Thời gian khởi động (7)

—
—
—
—

—
12.1
1.0
20

—
—
—
—

±1.5
mV/kPa
ms
ms

V/P
tR
—

1. Thiết bị thuộc hệ mét theo dải hoạt động này.
2. Điện áp bù áp suất tối thiểu được định nghĩa là điện áp đầu ra ở áp suất định mức
tối thiểu.
3. Điện áp ra tối đa (VFSO) được định nghĩa là điện áp đầu ra ở áp suất định mức tối
đa.
4. Độ chính xác là độ lệch của ngõ ra thực từ ngõ ra danh nghĩa trên toàn bộ dải áp
suất và dải nhiệt độ (là bao nhiêu phần trăm của khoảng ở 25 C) do tất cả các nguồn
lỗi bao gồm:
- Độ tuyến tính: Độ lệch đầu ra từ mối quan hệ đường thẳng với áp suất trong phạm
vi áp suất quy định.
- Nhiệt độ Hysteresis: Độ lệch đầu ra ở bất kỳ nhiệt độ trong phạm vi nhiệt độ hoạt
động, sau khi nhiệt độ được tuần hoàn đến và từ các điểm nhiệt độ hoạt động tối thiểu
hoặc tối đa.
- Áp suất Hysteresis: Độ lệch đầu ra ở bất kỳ áp suất nào trong phạm vi quy định,
khi áp suất này được tuần hoàn đến và từ áp suất định mức tối thiểu hoặc tối đa, ở 25 °
C.
- TcSpan: Độ lệch đầu ra ở nhiệt độ từ 0°C đến 85°C, tương đối là 25 °C.
- TcOffset: Độ lệch đầu ra với áp suất định mức tối thiểu áp dụng, trong khoảng
nhiệt độ từ 0°C đến 85°C, so với 25°C.
- Thay đổi giá trị danh nghĩa: Sự thay đổi từ các giá trị danh nghĩa, cho Offset hoặc
Full Spale Span, như bao nhiêu phần trăm của VFSS, ở 25 °C.
6. Thời gian phản hồi được định nghĩa là thời gian để thay đổi gia tăng điện áp đi từ
10% đến 90% giá trị cuối cùng của nó khi phải chịu sự thay đổi áp suất.
7. Thời gian khởi động được định nghĩa là thời gian cần thiết cho sản phẩm để đáp ứng
điện áp đầu ra quy định sau khi áp suất đã được ổn định.

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Hình 2.15. Mạch ứng dụng điển hình (hoạt động của nguồn ra)

Hình 2.16. Tín hiệu đầu ra cảm biến (Volts) tương ứng với áp suất đầu vào
Các đường cong đầu ra tối thiểu và tối đa điển hình được hiển thị để hoạt động trên
phạm vi nhiệt độ từ 0 đến 85 ° C. Đầu ra sẽ bão hòa bên ngoài phạm vi áp suất được
đánh giá.

Công thức chuyển đổi:
Giá trị chuyển đổi thông thường: Vout=Vs x (0,002421 x P – 0,00842) ±
(sai số áp suất) x (nhiệt độ) x 0,002421 x Vs


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Hình 2.17. Bảng sai số nhiệt độ
Từ bảng trên ta thấy, cảm biến hoạt động tốt nhất trong khoảng từ 0°C-85°C, ngoài
khoảng nhiệt độ này, sai số về nhiệt độ là rất lớn và bội số tăng lên theo một đường
tuyến tính với các hệ số góc là 3 và 1,75.

Hình 2.18. Bảng sai số áp suất
(Sai số áp suất là ±5,5 kPa ở mọi nhiệt độ)

Kích thước cảm biến


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

2.4.2. Các hạn chế và phương pháp cải tiến ống khí động
Ống khí động đã có là ống khí động loại hở, dùng để đo đạc và thí nghiệm đơn giản
với các mô hình có kích thước nhỏ. Áp suất dòng khí tác dụng lên vật thể được đo
bằng một bộ đo áp suất bằng cột chất lỏng. Tuy nhiên qua một thời gian sử dụng, bộ
đo áp suất không cho kết quả hoặc cho kết quả không chính xác. Bên cạnh đó ống khí
động còn có các hạn chế như sau:
- Số vật mẫu, mô hình thí nghiệm không nhiều.


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

- Không có quy trình hoàn chỉnh để tiến hành thử nghiệm và xử lý số liệu.
- Không thực hiện được các bài thí nghiệm phức tạp, nâng cao.
- Không tự động hóa điều khiển và hiển thị kết quả số.
Để khắc phục điều đó, nhóm chúng em đã thiết kế và xây dựng các bộ thí nghiệm
để nâng cấp theo hướng tự động hóa đo đạc và hiển thị áp suất bằng các thiết bị điện
tử. Cụ thể như sau:
- Chế tạo các vật mẫu thường gặp để thực hiện các thí nghiệm cơ bản.
- Xây dựng quy trình thí nghiệm hoàn chỉnh, có thể phục vụ cho việc thí nghiệm
của sinh viên.
- Thiết kế bộ đế ru lô điều khiển bằng điện tử để thí nghiệm dòng khí chảy qua xe,
kết quả được hiển thị trực tiếp lên màn hình điện tử.
- Thiết kế bộ đỡ và xoay cánh máy bay giúp đo lực cản và lực nâng tác dụng lên
biên dạng cánh theo các góc tấn khác nhau.


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Chương 3. NGHIÊN CỨU LỰC CẢN TÁC DỤNG LÊN CÁC VẬT THỂ

THÔNG THƯỜNG

3.1. Giới thiệu về các vật cản
Ở phần này, các vật thể được đặt vào buồng đo để đo lực cản tác dụng. Các vật thể
được xây dựng sao cho có kích thước phù hợp với kích thước buồng đo và được giữ cố
định bằng một thanh sắt để bắt vào cảm biến đo lực cản.
- Vật cản hình lăng trụ đứng
Vật cản có các kích thước như sau đường kính đáy 76 (mm), chiều cao 98 (mm), diện
tích cản chính diện A=74,48 (cm2)

Hinh 3.1. Vật cản hình lăng trụ đứng
- Vật cản hình cầu
Vật cản hình cầu có đường kính 11(cm), thể tích 0,696(lít), diện tích cản chính diện
A=95 (cm2)

Hình 3.2. Vật cản hình cầu
- Vật cản hình đĩa phẳng
Vật cản hình đĩa phẳng có đường kính 12 (cm), diện tích cản chính diện A=113(cm2)